鋼閘門潛孔式

1、課程設(shè)計(jì)說明書 課 程 名 稱: 水利水電工程鋼結(jié)構(gòu)課程計(jì) 課 程 代 碼: 8203281 題 目: 潛孔式平面鋼閘門設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名: 劉攀 學(xué) 號: 312011080801120 年級/專業(yè)/班: 2011級水利水電1班 學(xué)院(直屬系) : 能源與環(huán)境學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: 徐良芳 目 錄1設(shè)計(jì)資料2閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置3面板設(shè)計(jì)4水平次梁、頂梁和底梁的設(shè)計(jì)5主梁設(shè)計(jì)6 橫隔板設(shè)計(jì)7 縱向連接系8 邊梁設(shè)計(jì)9 行走支撐設(shè)計(jì)10滾輪滑道設(shè)計(jì)11 閘門啟閉力和吊耳計(jì)算一、設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定1，閘門形式：潛孔式焊接平面剛閘門。2，孔的性質(zhì)：深孔形式?？卓诔叽纾▽?#215;高）：10m&

2、#215;8m。上游水位：38m；下游水位：0.1m； 閘底高程：0m。3，材料：鋼材Q235-A.F 焊條 E43;手工電弧焊；滿足級焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 止水：側(cè)止水和頂止水用P型橡皮，底止水用條形橡皮。 行走支承：滾輪支承。 砼的強(qiáng)度等級：C20。 啟閉機(jī)械：卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。4，規(guī)范：水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL1974-2005。二，閘門結(jié)構(gòu)的形式及布局。（一） 閘門尺寸的確定（圖一示）1， 閘門的孔口尺寸：孔口凈跨：10m?？卓趦舾撸?m。閘門高度：8.4m。閘門寬度：10.4m。計(jì)算跨度：10.4m。荷載跨度：10m（二） 主梁的布置， 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)

3、目主要取決于閘門的尺寸。因?yàn)殚l門跨度為，高度為。所以采用根主梁，決定采用實(shí)腹式組合梁。， 主梁的布局本閘門為高水頭的深水閘門，孔口尺寸較大，所以主梁的位置俺上疏下密布置。設(shè)計(jì)時(shí)按最下面的那根受力最大的主梁來設(shè)計(jì)，個(gè)主梁采用相同尺寸。， 梁格的布置及形式梁格采用復(fù)式布置與打等高連接，水平次梁穿過橫隔板所支承。水平梁偉連續(xù)梁，間距應(yīng)上疏下密，使整個(gè)區(qū)格需要的厚度大致相等，布置如圖示。 4，連接系的布置和形式 1、橫向連接系： 根據(jù)主梁的跨度，決定布置6道橫隔板，其間距為1.486m，橫隔板兼 作豎直次梁。2、縱向連接系：設(shè)在四個(gè)主梁下翼緣的豎平面內(nèi)，采用斜桿式桁架。 5邊梁與行走支承邊梁采用雙腹式

4、，行走支承采用滾輪支承。 梁格布局尺寸圖k四邊固定矩形彈性薄板在支承長邊中點(diǎn)的彎應(yīng)力系數(shù)，第1和10區(qū)格按附錄九表3查得，其余區(qū)格按附錄九表2查得。p面板計(jì)算區(qū)格中心的水壓強(qiáng)度（p=hg=0.0098h N/mm²）水的密度，一般淡水取10KN/h區(qū)格中心的水頭，單位ma、b面板的短邊和長邊的長度 根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=15mm。2， 面板與梁格的連接計(jì)算已知面板厚度t=15mm，并且近似得餓取板中最大彎應(yīng)力max=160N/mm2，則 P=0.07tmax=0.07×15×160=168（N/mm ） 面板育主梁連接焊縫方向單位長度內(nèi)的剪力2550KN，

5、I0=27059202cm4；S266×3.6×64.161382³ TVS2I05395.5×61382×100（27059202×2）=611N/mm 面板與主梁連接的焊縫厚度：hf=334.30.7×113=4.2mm 面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度hf=5mm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。q2639.2kN/m 根據(jù)上表計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取157.94 kN/m，水平次梁為8跨連續(xù)梁，跨度為1.3m

6、（如圖3）。水平次梁彎曲時(shí)的邊跨中彎距為: M次中0.078ql2=0.078157.941.3 ²=20.8kNmM次支=0.105ql2=0.105157.941.3 ²=28.0kNm2.截面選擇W=28.01000000160=175000mm3 考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選18a,由附錄三表四查得：A=2659mm2 ; Wx=141400mm3 ; Ix=12727000mm4 ; b1=68 mm ；d=tw=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=68+6015=968mm

7、; 式：712 B=1b (對跨間正彎距段) B=2b （對支座負(fù)彎距段） 。梁間距b=（400+445）2=422.5 mm。 于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.81300=1040mm ;對于支座負(fù)彎距段l0=0.4l0.41300=520mm 。根據(jù)l0/b查表71：對于l0/b1040/422.52.462得10.77，得B=1b0.77×422.5325對于l0/b520/422.51.231得20.40，得B=2b0.40×422.5169對第一跨中選用B325mm,水平次梁組合截面面積（圖41）:A=2569325×167769² 槽鋼

8、的高為400組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=325×16×947769=63mm支座處組合截面的慣性距及截面模量為：I次B127270002569×63²325×16×35²2920336Wmin=2929336149=196600m對支座段選用B169mm，則組合截面面積（圖42）：A=2569169×165273mm ²組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=169×16×945273=48mm支座處組合截面的慣性距及截面模量為：I次B127270002569×48

9、78;169×16×49²25138280Wmin=186209m3.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座B處（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28.0×1000000135=141.9N/mm160N/mm說明水平次梁選用18a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B=125.17kNm,則邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算： 0.000393故水平次梁選用18a滿足強(qiáng)度和剛度要求。5、頂梁和底梁頂梁和底梁也采用

10、18a.五、主梁設(shè)計(jì)（一)設(shè)計(jì)資料1）主梁跨度（圖5）：凈跨（孔口凈寬）l。=10.0m ；計(jì)算跨度l10.4m ；荷載跨度l10.0m 。2）主梁荷載：q=P總/3=（9.81×38×38×0.5-9.81×28×28×0.5）/3=1079.1KN3) 橫向隔板間距：1.300m 。4）主梁容許撓度： W=L/750 。（2） 主梁設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：截面選擇；梁高改變；翼緣焊縫；腹板加勁肋；面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力的驗(yàn)算。1.截面選擇（1） 彎距和剪力 彎距與剪力計(jì)算如下：彎距： M=1079.1×10×

11、;0.5（10.4×0.5-10×0.25）=15647kNm 剪力： V=0.5×1079.1×10=5395.5 kN2）需要的截面抵抗距 已知Q235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= 則需要的截面抵抗矩為； W= M/=15647×1000/144=108660（cm3） （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，一般選擇梁高比經(jīng)濟(jì)梁小1020。根據(jù)以上選擇腹板高度h0260

12、cm 。(4)腹板厚度選擇選用tw6.0cm 。(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（在腹板高度的三分之一到五分之一5287cm之間）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，b150cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為Bb1+60t5060×1.5140cm上翼緣截面面積A1=50×2.0140×1.5310 cm2(6) 彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。主梁跨中截面（圖61）的幾何特性截面形心距：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 主梁跨中截面的幾何特性部位截

13、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140×1.52100.75157.5-122.753164188上翼緣50×2.01002.5250-1211464100腹板260×6.01560133.520826010156000下翼緣79×2.0158264.5417911413141198合計(jì)2028250458.57295486（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、截面改變

14、因主梁跨度較大，為減小門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（圖71）。梁高開始改變的位置取在鄰近支承端的橫向隔板下翼緣的外側(cè)，離開支承端的距離為130-10=120cm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140×1.52100.75157.5-71.951087129上翼緣50×2.01002.5250-70.4495616腹板156×6.093681.5762848.872484下翼緣79×2.0158160.

15、52535987.81217997合計(jì)1404102050.52873226 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。Vmax5395.5kN。I0=4771434cm4，上翼緣對中和軸的面積距：S1=210×71.9550×2×70.422149.5cm3下翼緣對中和軸的面積距：S2=160.5×87.814091.9cm3S1需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf10mm 。4. 腹板加勁肋因不需設(shè)置橫向加勁肋。閘門上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，其間距a1.3m 。腹板區(qū)格劃分見圖2。5. 面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折

16、算應(yīng)力的驗(yàn)算從上述的面板計(jì)算可見，直接與主梁相連的面板區(qū)格，只有區(qū)格10所需要的板厚較大，這意味著該區(qū)格的長邊中點(diǎn)應(yīng)力也較大，所以選取區(qū)格10按下式驗(yàn)算長邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力：面板區(qū)格的長邊中點(diǎn)的主梁彎距和彎應(yīng)力該區(qū)格長邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力=157.41.55×160=248N/mm2上式中mx, my, ox的取值均以拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)故面板厚度選用15mm滿足強(qiáng)度要求 。六、橫隔板設(shè)計(jì)1.荷載和內(nèi)力計(jì)算橫隔板同時(shí)兼作豎直次梁，它主要承受水平次梁、頂梁和底梁傳來的集中荷載以及面板傳來的分布荷載，計(jì)算時(shí)可把這些荷載用以三角形分布的水壓力來代替，并且把橫隔板作為支承在主梁上的雙懸臂梁。如圖

17、9示水平次梁為7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：=1.143×157.94×1.3234.7KN 取qq次2.橫隔板的截面選擇和強(qiáng)度驗(yàn)算腹板選用與主梁腹板同高，采用2600mm60mm，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。b=1300mm，查表得10.32 。B=0.32×1300=416mm，取B420mm 。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： 截面慣性距： ，驗(yàn)算應(yīng)力： 160N/mm²由于橫隔板截面高度較大，剪切

18、強(qiáng)度更不必驗(yàn)算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度hf10mm 。七、縱向連接系設(shè)計(jì)1. 荷載和內(nèi)力計(jì)算縱向連接系受閘門自重。潛孔式平面滾輪閘門G按下式計(jì)算：由附錄十一查得，其中A 孔口面積，m ² K閘門工作性質(zhì)系數(shù)，工作與事故閘門K1.0 K孔口高寬比修正系數(shù)HB1,K1.0 K水頭修正系數(shù) ，Hs60m , K1.0 下游縱向連接系承受 0.4G=0.4×916.3=366.5KN縱向連接系是做簡支的平面桁架。其桁架腹桿布置如圖9點(diǎn)荷載為 桿件內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下圖：2. 斜桿截面計(jì)算利用三角形的邊長之比與兩邊的力之比相同的方法計(jì)算得斜桿承受最大拉力N=290.97KN，同時(shí)

19、考慮閘門偶然扭曲是可能承受壓力，故長細(xì)比的限制值應(yīng)與壓桿相同，即。選用單角鋼100×12，表查得：截面面積A=22802回轉(zhuǎn)半徑iy0=19.5mm斜桿計(jì)算長度 u長細(xì)比 驗(yàn)算拉桿強(qiáng)度： 考慮單角鋼受力偏心的影響，將容許應(yīng)力降低15%進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。8、 邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用雙腹式（如圖 ），邊梁的截面尺按照構(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，為了便于安裝滾輪，兩個(gè)下翼緣為用寬度為400mm的扁鋼做成。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)師將容許應(yīng)力值降低15%作為考慮受扭影響的安全儲備。1. 荷載和內(nèi)力計(jì)算在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)

20、兩個(gè)滾輪。其布置尺寸可見下圖（1） 水平荷載。主要是主梁傳來的水平荷載，還有水平次梁和頂、底梁傳來的水平荷載。為了簡化起見，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁。每個(gè)主梁作用于邊梁的荷載為R=5395.5KN。（2） 豎向荷載。有閘門自重、滾輪摩擦阻力、止水摩阻力、起吊力等。上滾輪所受的壓力下滾輪所受的壓力最大彎矩 最大剪力 最大軸向力為作用在一個(gè)邊梁上的起吊力，估計(jì)為2000kN（詳細(xì)計(jì)算見后）。在最大彎矩作用截面上的軸向力，等于起吊力減去上滾輪的摩阻力，該軸向力2. 邊梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 截面面積 A=1560×602×900×15120600mm面積矩 28883250m

21、m³截面慣性矩 截面模量 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應(yīng)力驗(yàn)算： 以上的驗(yàn)算滿足強(qiáng)度要求。9 行走支承設(shè)計(jì)滾輪計(jì)算：輪子的主要尺寸是輪徑D和輪緣寬度b，這些尺寸是根據(jù)輪緣與軌道之間的接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件來確定的，對于圓柱形滾輪與平面軌道的接觸情況是線接觸，其接觸應(yīng)力可按下式計(jì)算，其中下滾輪受力最大，其值為5980kN。設(shè)滾輪輪緣寬度b=300mm，輪徑D600mm。 為了減少滾輪轉(zhuǎn)動時(shí)的摩擦阻力，在滾輪的軸孔內(nèi)還要設(shè)滑動軸承，選用鋼對10-1鑄鐵鋁磷青銅。軸和軸套間壓力傳遞也是接觸應(yīng)力的形式，可按下式驗(yàn)算：取軸的直徑d=500mm，軸套的工作長度b=600mm，滑動軸套容許應(yīng)N/mm輪軸選用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，取輪軸直徑d=450mm，其工作長度為b=600mm，對其進(jìn)行彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力驗(yàn)算：軸在軸承板的連接處還應(yīng)按下式驗(yàn)算輪軸與軸承板之間的緊密接觸局部承壓應(yīng)力：軸承板所受的壓力取軸承板疊總厚度故10、 滾輪軌道設(shè)計(jì)1. 確定軌道鋼板寬度軌道鋼板寬度按鋼板承壓強(qiáng)度決定。根據(jù)Q235鋼的容許承壓應(yīng)力為，則所需要的軌道底板寬度為，取B=220mm