水工鋼結(jié)構(gòu)平面鋼閘門設(shè)計計算書

水工鋼結(jié)構(gòu)平面鋼閘門設(shè)計計算書一、設(shè)計資料及有關(guān)規(guī)定：閘門形式：潛孔式平面鋼閘門。2.孔的性質(zhì)：深孔形式。3.材料：鋼材：Q235焊條：E43；手工電焊；普通方法檢查。止水：側(cè)止水用P型橡皮，底止水用條型橡皮。行走支承：采用膠木滑道，壓合膠布用MCS—2。砼強度等級：C20。啟閉機械：卷揚式啟閉機。4.規(guī)范：水利水電工程剛閘門設(shè)計規(guī)范（SL74-95），中國水利水電出版社1998.8二、閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置閘門尺寸的確定（圖1示）1.閘門孔口尺寸：孔口凈跨(L)：3.50m?？卓趦舾撸?.50m。閘門高度(H)：3.66m。閘門寬度：4.20m。荷載跨度(H1)：3.66m。計算跨度(L1)：3.90m。學(xué)號為1學(xué)號為2學(xué)號為3學(xué)號為4學(xué)號為5L=3.5m，L1=3.9mL=3.55m，L1=3.95mL=3.6m，L1=4.0mL=3.65m，L1=4.05mL=3.7m，L1=4.1mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05m學(xué)號為6學(xué)號為7學(xué)號為8學(xué)號為9學(xué)號為0L=3.75m，L1=4.15mL=3.8m，L1=4.2mL=3.85m，L1=4.25mL=3.9m，L1=4.3mL=3.95m，L1=4.35mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05mH=4.05m,H1=4.05m2.計算水頭：50.00m。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。因為閘門跨度L=3.50m,閘門高度h=3.66m,L<h。所以閘門采用4根主梁。本閘門屬中等跨度，為了便于制造和維護(hù)，決定采用實腹式組合梁。2.主梁的布置本閘門為高水頭的深孔閘門，孔口尺寸較小，門頂與門底的水壓強度差值相對較小。所以，主梁的位置按等間距來布置。設(shè)計時按最下面的那根受力最大的主梁來設(shè)計，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復(fù)式布置與等高連接，水平次梁穿過橫隔板所支承。水平梁為連續(xù)梁，間距應(yīng)上疏下密，使面板個區(qū)格需要的厚度大致相等，布置圖2示三、面板設(shè)計根據(jù)《鋼閘門設(shè)計規(guī)范SDJ—78（試行）》關(guān)于面板的設(shè)計，先估算面板厚度，在主梁截面選擇以后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。1.估算面板厚度假定梁格布置尺寸如圖2所示。面板厚度按下式計算t=a當(dāng)b/a≤3時，a=1.65,則t=a=0.065當(dāng)b/a>3時，a=1.55,則t=a=0.067現(xiàn)列表1計算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akP[N/mm2]t(mm)Ⅰ4059652.3830.7320.490.6013.795Ⅱ3459652.800.500.490.5011.2125Ⅲ3459652.800.740.490.6013.455根據(jù)上表計算，選用面板厚度t=14mm。2.面板與梁格的連接計算已知面板厚度t=14mm,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力σmax=[σ]=160N/mm2,則p=0.07х14х面板與主梁連接焊縫方向單位長度內(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1.荷載與內(nèi)力地驗算水平次梁和頂，底梁都時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算，即q=p現(xiàn)列表2計算如下：表2梁號梁軸線處水壓力強度P（kN/mm2）梁間距（m）（m）q=p(kN/m)1(頂梁)454.130.225115.800.512（主梁）459.130.48220.380.453（水平次梁）463.540.45208.590.454（主梁）467.950.45210.580.455（水平次梁）472.360.45212.560.456（主梁）476.470.45214.410.457（水平次梁）481.180.45216.530.458（主梁）485.590.45218.510.459（底梁）4900.225110.25∑＝1727.61kN/m根據(jù)上表計算，水平次梁計算荷載取216.53kN/m，水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為0.90m，水平次梁彎曲時的邊跨彎距為:M次中＝0.077ql2=0.077х216.53х0.9752=15.85kN?m支座B處的負(fù)彎距：M次B＝0.107ql2=0.107х216.53х0.9752=22.0248kN?m2.截面選擇W=mm3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;Ix4;b1=70mm;d=9mm。面板參加次梁工作的有效寬度分別按式6—11及式6—12計算，然后取其中較小值。式：6—11B≤b1+60t=70+60Х14=910mm;式：6—12B=ζ1b(對跨間正彎距段)B=ζ2b（對支座負(fù)彎距段）。梁間距b=。對于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.8Х975=780mm;對于支座負(fù)彎距段l0=0.4l＝0.4Х975＝390mm。根據(jù)l0/b查表6—1：對于l0/b＝780/900＝0.867得ζ1＝0.40，得B=ζ1b＝0.40Х900＝360mm,對于l0/b＝390/900＝0.430得ζ2＝0.16，得B=ζ2b＝0.16Х900＝144mm,對第一跨中選用B＝360mm,則水平次梁組合截面面積（例圖4）:A=2929+360Х14=6961mm2;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Х652+360Х14Х352mm4Wmin=對支座段選用B＝144mm，則組合截面面積：A=2929+144Х14=4592mm2;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e==35mm支座初組合截面的慣性距及截面模量為：I次BХ432+144Х14Х352mm4Wmin=3.水平次梁的強度驗算由于支座B處（例圖3）處彎距最大，而截面模量較小，故只需驗算支座B處截面的抗彎強度，即σ次＝說明水平次梁選用[18b滿足要求。軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗算。4.水平次梁的撓度驗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=22.0248kN?m,則邊跨撓度可近似地按下式計算：＝＝0.0002≤故水平次梁選用[18b滿足強度和剛度要求。五、主梁設(shè)計(一)設(shè)計資料O(∩_∩)O1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）l0＝3.5m；計算跨度l＝3.9m；荷載跨度l1＝3.66m。2）主梁荷載：3)橫向隔板間距：0.975m。4）主梁容許撓度：[W]=L/750。（二）主梁設(shè)計1.截面選擇彎距和剪力彎距與剪力計算如下：彎距：剪力：需要的截面抵抗距已知A3鋼的容許應(yīng)力[σ]=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[σ]=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h0＝90cm。(4)腹板厚度選擇選用tw＝1.0cm。(5)翼緣截面選擇：每個翼緣需要截面為下翼緣選用t1＝2.0cm（符合鋼板規(guī)格），需要取B1＝30cm,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t1＝2.0cm，b1＝16cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為B＝b1+60t＝16+60Х1.4＝100cm。上翼緣截面面積A1=18Х2.0+100Х1.4=172cm2。(6)彎應(yīng)力強度驗算截面形心距：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（cmХcm）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100Х1.4140.00.7980-27.21103578上翼緣16Х2.032.02.476.8-25.520808腹板90Х1.090.043.4390615.519220下翼緣30Х2.060.084.4506456.5191405合計3129926.8335011（7）因主梁上翼緣直接同面板相連，可不必驗算整體穩(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算。截面改變因主梁跨度較大，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。考慮到主梁端部腹板及翼緣相焊接，故可按工字截面梁驗算應(yīng)力剪力強度。尺寸表4所示：表4部位截面尺寸（cmХcm）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100Х1.4140.00.7980-27.21103578上翼緣16Х2.032.02.476.8-25.520808腹板54Х1.054.043.42343.615.519220下翼緣30Х2.060.050.643038.456.5191405合計2868710.8335011因誤差未超過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算。Vmax＝790kN。I0=13122cm4，上翼緣對中和軸的面積距：S1=32.0Х25.5+140Х27.2=4624cm3，下翼緣對中和軸的面積距：S2=60Х56.5＝3390cm3<S1,需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf＝8mm。4.加筋肋驗算因不需設(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a＝0.975m。腹板區(qū)格劃分見圖2。5.取面板區(qū)格Ⅲ驗算其長邊點的折算應(yīng)力a=450-80-90=280mm,面板區(qū)格Ⅲ的長邊中點的主梁彎距和彎應(yīng)力該區(qū)格長邊中點的折算應(yīng)力＝故面板厚度選用14mm滿足強度要求。六、橫隔板設(shè)計1.荷載和內(nèi)力計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q＝q次2.橫隔板和截面選擇和強度驗算腹板選用與主梁腹板同高，采用800Х10mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mmХ800mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B＝ζ1b確定。查表得ζ1＝0.369，B=0.369×975=360mm，取B＝360mm。計算如下圖所示截面幾何特性截面型心到腹板中心線距離：＝61mm截面慣性距：，驗算應(yīng)力：由于橫隔板截面高度較大，剪切強度更不必驗算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度hf＝6mm。七、邊梁設(shè)計邊梁的截面形式采用單腹式，如下圖，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)計時將容許應(yīng)力值降低20％作為考慮受扭影響的安全儲備。1.荷載和內(nèi)力計算在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)4個膠木滑塊，其布置如下圖：（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，每個邊梁作用于邊梁荷載為R＝790kN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邊梁上的起吊力，估計為650kN，有N＝650kN進(jìn)行強度驗算，,2.邊梁強度驗算截面面積。截面邊緣最大應(yīng)力驗算：腹板最大剪應(yīng)力驗算：腹板與下翼緣連接處則算應(yīng)力驗算：，。均滿足強度要求八、行走支承設(shè)計膠木滑塊計算：下滑塊受力最大，起值為R＝1580kN，設(shè)滑塊長度為350mm，則滑塊單位長度承受壓力由表2查得軌頂弧面半徑R=200mm，軌頭設(shè)計寬度為b＝40mm，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應(yīng)力驗算：。九、膠木滑塊軌道設(shè)計確定軌道底板寬度軌道底板寬度按砼承壓強度確定，查表得：砼允許承壓應(yīng)力為[σ]＝7N/mm2，則所需軌道底板寬度為：取Bh＝350mm，故軌道底面壓應(yīng)力：2.確定軌道底版厚度軌道底板厚度δ按其彎曲強度確定，軌道底版的最大彎應(yīng)力：軌道底板懸臂長度C＝102.5mm，對于A3查表得[σ]＝100N/mm2，故：，故t＝50mm。