水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

9.金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)計(jì)9.1金屬結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)涉及的金屬結(jié)構(gòu)包括鋼閘門及啟閉機(jī)。9平面鋼閘門設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)選用平面鋼閘門，平面鋼閘門與其他形式閘門相比有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與安裝容易，而且工作量??；結(jié)構(gòu)剛度大，工作可靠，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，可提到水面以上檢修；操作簡(jiǎn)單、迅速，安全，有互換性；應(yīng)用范廣泛，可在各類水利水電工程及通航樞紐中，用作工作閘門、事故閘門、檢修閘門及施工導(dǎo)流閘門。9.1平面鋼閘門結(jié)構(gòu)型式及布置1、閘門尺寸的確定×，確定閘門兩側(cè)止水間距為L(zhǎng)=，計(jì)算跨度為孔口寬度+支撐中心至閘墩側(cè)面的1距離的兩倍，取為L(zhǎng)=，閘門的高度為孔口高度H=。2、主梁的型式閘是門最主要的承力構(gòu)件，其數(shù)量主要取決于閘門的尺寸和水頭的大小。對(duì)于閘門跨度L較大，而門高H較小（L≥1.5H）的露頂閘門，主梁數(shù)目一般為兩根。本閘門跨度為，高度為≥1.5，因此確定為雙于中等跨度閘門，為了便于制造和維護(hù)，設(shè)計(jì)采用實(shí)輔式組合粱。3、主梁的布置為使兩主梁在設(shè)計(jì)水位時(shí)所受的水線，如圖9-1所示。位置還需要滿足下列要求：①盡量大些，以保證閘門的豎向剛度。壓力相等，兩個(gè)位置對(duì)稱于水壓力合力的作用②閘門的上懸臂c不易過長(zhǎng)，通常要求c≤0.45H，以保證門頂懸臂部分有足夠的剛度。懸臂c值也不宜超過。③滿足滾輪行走支承布置的要求?！?※④工作閘門的下主梁距平面閘檻的高度應(yīng)不至于產(chǎn)生真空現(xiàn)象，并要求下懸臂a≥0.12H和a≥，?。骸?≈×6=；主梁間距：2b=H-c-a=6--0.7=；圖9-1梁格布置尺寸4、梁格的布置及型式梁格采用復(fù)式布置和等高連接，使水平次梁、豎直次梁和主梁的前翼緣都直接與面板相連，以便于梁系與面板形成強(qiáng)固的整體，面板可與梁系共同受力，形成梁截面的一部分，從而減少梁系的用鋼量。水平次梁穿過橫隔板上的預(yù)留孔并被橫隔板支承成為連續(xù)梁，面板直接支承在梁格的上翼緣上。水平次梁間距布置上疏下密，使面板需要的厚度大致相等。具體數(shù)據(jù)見“面板設(shè)計(jì)”一節(jié)。5、聯(lián)接系的型式及布置①橫向聯(lián)接系為了簡(jiǎn)化閘門的制造、橫向聯(lián)接系采用橫隔板式，其布置應(yīng)和梁的設(shè)計(jì)跨度有關(guān)，本閘門根據(jù)主梁的跨度②縱向聯(lián)接系決定布置三道橫隔板，間距為、、，隔板兼做豎直次梁。縱向聯(lián)接系設(shè)在兩個(gè)6、邊梁和行走支承部分因閘門的水頭和孔口較大，設(shè)計(jì)時(shí)將輪子裝設(shè)在雙腹式邊梁的兩塊腹板之間，主梁下翼緣的豎平面內(nèi)，采用簡(jiǎn)單的斜桿式桁架。即簡(jiǎn)支式滾軸，以避免邊梁受扭。9.2主梁設(shè)計(jì)平面閘門的主梁絕大多數(shù)采用組合梁。對(duì)于主梁跨度較大的露頂閘門，為減小門槽尺寸和節(jié)約鋼材，采用變截面的主梁型式。設(shè)計(jì)中主梁采用變截面的組合梁，材料選用A3鋼。圖9-2主梁荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖1、截面選擇※2※①?gòu)澗嘏c剪力計(jì)算雙向水壓力作用在下主梁的均布荷載為：；q1.94t/m因此作用在主梁上的最大剪力和彎矩分別為：QqL111.94109.70t；22maxqLLqL1226.92t·m。Mmax148②截面模量計(jì)算考慮鋼閘門自重引起的應(yīng)力影響，取容許彎應(yīng)力為[σ1600kg/cm2，則需要的截面抵抗矩為：26.92105WMmax0.916001869cm3。[]③腹板高度選擇按剛度要求的最小梁高（變截面梁）為：[]L0.960.230.9160010.55100h0.960.23min95.8cm。E[f/l]2.1101/6006（0.96為考慮截面不對(duì)稱影響的系數(shù)）僅對(duì)主梁自重而言，其經(jīng)濟(jì)梁高為：W18691.0hkj1.565cm；注：翼緣截面不改變的焊接梁k=1.5，腹板厚度近似地估計(jì)為：73100010mm；10003h71000由于鋼閘門中的橫向隔板重量隨主梁增高而增加，故主梁高度宜選得比h小，但j不小于h因此確定高度為100cm。min④腹板厚度計(jì)算切強(qiáng)度要求：max1.59.71039501000.15cm；3Q2[]h按剪0※3※h~h按局部穩(wěn)定要求：01.0~0.72cm，選用δ=。0100140⑤翼緣截面選擇每個(gè)翼緣需要截面積為：W118691Ah1.01002.02cm21006；h6010hA2.02h040~20cm之間，需要0.07cm，30~t下翼緣選用b=30cm，在012.551b1選用t=2cm，符合鋼板規(guī)格。下翼緣截面積：A30260cm21下，上翼緣的部分截面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的上翼緣板同面板相連接，選用t=2cm，b=14cm。1面板兼做主梁上翼緣的有效寬度取為：Bb6014600.862cm；1上翼緣截面積：A142620.877.59cm2。1上彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算：主梁跨中截面的幾何特性圖如下：圖9-3主梁跨中截面Ay'11578.2448.7；cmy截面形心矩：237.61A截面慣性矩：I=444507cm4I4445079122cm3；48.7截面抵抗矩：上翼緣頂邊Wmaxy1Iy104.848.724445077928cm3；下翼緣底邊Wminmax26.92105彎應(yīng)力：M340kg/cm2<0.9[σ]=1440kg/cm2。7928maxWmin表9-1主梁截面幾何特性表截面長(zhǎng)截面厚截面各形心離截面形各形心離Ay2(cm3)心距中和軸距部位Ay′(cm3)（cm）（cm）面積面板表面※4※A(cm2)距離y′（cm）y1（cm）離y=y′-y1（cm）面板62115855部分上翼14228616681657緣板腹板100110052806228部分下翼30260181963361142緣板合計(jì)整體穩(wěn)定性與撓度驗(yàn)算：因主梁上翼緣直接同鋼面板相連，按規(guī)范規(guī)定可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性，又因梁高大于按剛度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗(yàn)算。2、截面優(yōu)化因主梁跨度較大，為減小門槽寬度和支承邊梁高度（節(jié)省鋼材），有必要將主梁支承端腹板高度減小為hd=0.6x100=60cm。00梁高開始改變的位置取在臨近支承端的腹板及翼緣都分別同支承邊梁的腹板及翼緣相焊接，可按工字型截面來驗(yàn)算主梁支承端的剪切強(qiáng)度。圖9-4主梁變截面位置圖按照剪切強(qiáng)度驗(yàn)算：1.179.71031.17Q189.2kg/cm2<[τ]=950kg/cm2；maxhd0601故支承端的腹板可不必加厚。支承端截面的幾何特性：表9-2支承端截面的幾何特性表各形心截面截面截面離面板截面形各形心離面積Ay′Ay2部位長(zhǎng)厚表面心距中和軸距離(cm3)y1（cm）y=y′-y1（cm）A(cm（cm）（cm）距離y′(cm3)2)（cm）※5※※1※從梁高與彎矩都較大的區(qū)格Ⅱ來考慮：Q9.71.9452.184.22t；該區(qū)格左邊截面的剪力：52.18213.43t·m；M9.72.181.94該截面的彎矩：2Q應(yīng)力：42.3kg/cm2腹板平均剪；h0My曲壓應(yīng)力：腹板彎0144.14kg/cm2；Ih010021002144.14144.14查表得η；1001.02000100200000a得出：100153025001.023425001.0上式中分母為負(fù)值，按TJ17-74規(guī)定，橫加勁肋要按最大間距a=2h=200cm布置。0實(shí)際上由于平面鋼閘門有橫向加勁肋，其間距為260cm，雖然大于2h，但從上列計(jì)算0可見，腹板中部區(qū)格的剪應(yīng)力很小，主要受彎應(yīng)力的作用，且h/δ=100也不算大（同0h/δ<160相比），顯然，腹板有足夠的局部穩(wěn)定性，故在橫隔板之間可不再另設(shè)橫加0勁肋。橫加勁肋的尺寸：因橫隔板兼做橫加勁肋，其尺寸遠(yuǎn)較一般橫加勁肋為大，顯然能夠滿足當(dāng)a>2h時(shí)須相應(yīng)增大加勁肋尺寸的要求，故不必計(jì)算加勁肋的尺寸。09.3面板設(shè)計(jì)面板是閘門結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，一般做成平面，鋼面板的面板與梁系連接在一起，使閘門具有很大的剛度。根據(jù)《鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ13-78》關(guān)于面板的計(jì)算，先估算面板的選樣之后再驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。優(yōu)點(diǎn)是不透水、經(jīng)久耐用、厚度，在主梁截面1、估算面板厚度表9-3四邊固定矩形彈性薄板受均勻荷載的彎應(yīng)力系數(shù)k（μ=0.3）b/a驗(yàn)算點(diǎn)※1※kb/a驗(yàn)算點(diǎn)22.5∞k表9-4面板厚度計(jì)算表區(qū)格區(qū)格四邊固定彎區(qū)格中心彈塑性調(diào)材料抗彎材料抗彎面板b/a高度寬度應(yīng)力系數(shù)水壓強(qiáng)整系數(shù)容許應(yīng)力容許應(yīng)力厚度[σ][σ]P（kg/cm2)δa（cm）b（cm）2.0Kα（kg/cm（kg/cm（cm）2）2）注：面板邊長(zhǎng)a、b都從面板與連接焊縫算起，主梁上翼緣寬度為14cm。假定梁格布置的尺寸如圖1所示。面板厚度按下式計(jì)算,結(jié)果見表9-4：式中：k—四邊固定的矩形薄板在支承長(zhǎng)邊中點(diǎn)的彎應(yīng)力系數(shù)，可從表9-3查得；α—彈塑性調(diào)整系數(shù)；當(dāng)b/a<3時(shí)，α=1.65，則0.0205akp；當(dāng)b/a<3時(shí)，α=1.65，則0.0212akp；根據(jù)上述計(jì)算，確定面板厚度δ=。2、面板與梁格的連接計(jì)算面板撓曲時(shí)產(chǎn)生的橫拉力N的計(jì)算：面板區(qū)格Ⅵ偏于安全的按兩端鉸接考慮，已知該區(qū)格的平均水壓強(qiáng)度p=/cm2，板跨l=a=53cm，板厚δ=，板條的彎曲剛度：E2.11060.8312123D98461.54kg·cm2。1210.32板條在僅有p作用下的跨中撓度：※2※5pL40.59cm；384D00.590.82a1a331.62；則：200.62由上式得出面板橫拉力：2ND213.58kg/cm；L2面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的剪力：QST422.58kg/cm；I0面板與主梁連接的焊縫厚度：T2N22hf0.37cm；0.7[]hl面板與梁格連接焊縫取其最小厚度h=6mm。f9.4水平次梁、頂梁、底梁的設(shè)計(jì)1、荷載與內(nèi)力計(jì)算水平次梁和頂、底梁都是支承在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力按下式計(jì)算：q=P（a+a）/2上下具體計(jì)算見表9-5。表9-5水平梁荷載計(jì)算表梁軸線處水壓梁間距梁號(hào)(a上+a下)/2q（t/m2）備注強(qiáng)度p（t/m2）a(m)頂梁荷載按下式計(jì)算：3（上主梁）41.572q21.5731.72※3※56（下主梁）7（底梁）由表9-5得出，水平次梁計(jì)算荷載按2.255t/m，水平次梁為四跨連續(xù)梁，跨度為。水平次梁局部彎曲時(shí)的邊跨中彎矩為：M′=0.077ql20.83t·m；次中支座的負(fù)彎矩為：M′=0.107ql21.15t·m；次B2、截面選擇截面模量為：M1.15105[]1600W71.9cm3；考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選[18a，查表得：A=2，W=3，I=，b=，d=4xx1圖9-6水平次梁計(jì)入部分面板的聯(lián)合作用后的組合截面面板作為次梁翼緣計(jì)算寬度按下式計(jì)算，并取其中的最小值。B<b1+60δ=6.8+60×0.8=；B=ζb（對(duì)跨間正彎矩段）；1B=ζb（對(duì)支座負(fù)彎矩段）；2bb8481按5號(hào)梁計(jì)算，該梁間距b82.5cm。確定上式中面板的有效寬1222度系數(shù)ζ時(shí)，需要知道梁彎矩零點(diǎn)之間的距離l與梁間距b之比值。對(duì)于第一跨中正0彎矩段取l=×218=，對(duì)于支座負(fù)彎矩段取l=×218=。根據(jù)l/b查表得出ζ值。000對(duì)于l/b=174.4/82.5=2.114，查表得ζ=0.718，則10B0.71882.559.2cm?！?※對(duì)于l/b=104/82.5=1.057，查表得ζ=0.313，則。B25.8cm10對(duì)第一跨中選用B=，則水平次梁組合截面面積：×0.8=2。組合截面形心到槽鋼中心線的距離：e54.80.89.45.93cm。69.53跨中組合截面的慣性矩及截面模量為：I=2712.18cm4次中；2712.18Wmin182.03cm3。14.9A25.69300.849.71cm2對(duì)支座段選用B=30cm，則組合截面面積：；300.89.44.54cm。組合截面形心到槽鋼中心線的距離：e49.71支座組合截面的慣性矩及截面模量：I=次B；2379.61cm42379.6113.5Wmin176.27cm3。3、水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座B彎矩最大，而截面模量較小，當(dāng)不考慮水平次梁與主梁的整體彎曲時(shí)，只需要驗(yàn)算支座B截面的彎曲強(qiáng)度，即：1.15105σ=M′/W=次次Bmin652.41kg/cm2<[σ]=1600kg/cm2；176.27說明水平次梁選用[18a滿足要求。如果考慮橫向隔板的牽制使水平次梁與主梁共同工作而發(fā)生的整體彎曲，僅由整體彎曲在水平次梁內(nèi)引起的彎矩按下式計(jì)算：M"=MI/(I+nI/n)。次主次主次次主對(duì)應(yīng)于水平次梁邊跨中點(diǎn)及第二支座B處的主梁截面中—中及B—B，這兩個(gè)截面的慣性矩和彎矩分別為：1.94101.091.940.8152I=289200cm4，M=主中主中9.93t·m；22※5※I=467980cm4，M=1.94102.181.941.905217.63t·m；主B主B22根據(jù)梁格的布置，已知水平次梁數(shù)目n=4，主梁數(shù)目n=2，計(jì)算得出：次主2712.180.09M"=9.93次中t·m；28920042712.1822379.61M"=17.63次主0.09t·m；44450742379.612水平次梁在第一跨中和第二支座B截面內(nèi)的總彎矩分別為：M=M′+M"=0.83+0.09=0.92t·m；次中次中次中M=M′+M"=1.15-0.09=1.06t·m；次B次B次B按M再次驗(yàn)算截面強(qiáng)度與前次進(jìn)行比較。次跨中截面彎應(yīng)力：σ=M/W=0.92105次中次中min503.7kg/cm2；182.031.06105支座B截面彎應(yīng)力：σ=M/W=次B次Bmin601.4kg/cm2。176.27圖9-7主梁的變截面梁段從以上驗(yàn)算結(jié)果，其彎應(yīng)力均小于前次未考慮水平次梁與主梁整體彎曲時(shí)的彎應(yīng)力值/cm2。軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗(yàn)算。4、水平次梁局部彎曲的撓度驗(yàn)算受均勻荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，由于水平次梁在B支座截面內(nèi)的彎矩已經(jīng)計(jì)算出，即M=2.22t·m，則邊跨撓度可近似的按下式計(jì)算：次Bf/l=5ql3/EI－MI/16EI次次B次0.0028[f/l]1/2500.004；故水平次梁選用[18a滿足剛度和強(qiáng)度的要求。9.5橫隔板設(shè)計(jì)橫隔板兼做豎直次梁，主要承受水平次梁、頂梁、底梁傳的來集中荷載和面板傳※6※來的分布荷載，它支承在主梁上，計(jì)算時(shí)可作為承受三角形分布水壓力而支承在主梁上的雙懸臂梁。作用在每片橫隔板懸臂段的最大負(fù)彎矩：2.7222.7M2.187.15t·m。3橫隔板的腹板選用與主梁腹板同高，采用1000×8mm，翼緣利用面板，后翼緣采用扁鋼200×8mm。前翼緣可利用的面板寬度按下式計(jì)算：B=ζb2式中橫隔板間距b=218cm，按l/b=2×ζ=0.58，故B=ζ×218=126cm。022圖9-8橫隔板截面截面形心到腹板中心線的距離：e1301300.80.850.4200.8201000.850.40.822.18cm；截面慣性矩：273130.87cm4；273130.87截面模量：W72.983742.54cm3；抗彎minM7.15105應(yīng)力：W驗(yàn)算彎191.1kg/cm2<[σ]。3742.54min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h=6mm。f9.6縱向聯(lián)接系設(shè)計(jì)1、荷載與內(nèi)力計(jì)算縱向聯(lián)接系承受閘門的自重，露頂式平面鋼閘門門葉自重G按下式計(jì)算：GKKKH1.43B0.880.811.00.136.01.43100.8810.36t；zcy下游縱向聯(lián)接系承受×。4.14縱向聯(lián)接系視作簡(jiǎn)支的平面桁架，節(jié)點(diǎn)荷載為：1.04t。4計(jì)算桿件內(nèi)力，如圖9-9所示?！?※圖9-9縱向聯(lián)接系計(jì)算圖2、斜桿截面計(jì)算斜桿受的最大拉力N=0.51t，但考慮閘門偶然扭曲時(shí)可能受壓力，故長(zhǎng)細(xì)比的限制值應(yīng)與壓桿相同，即λ≤[λ]=200。選用單角鋼∠100×8，查表得截面面積A=2，回轉(zhuǎn)半徑r=。y0斜桿計(jì)算長(zhǎng)度：l0.92.622.1823.05m；03.05100l0r長(zhǎng)細(xì)比：154<[λ]=200；1.98y0按拉桿驗(yàn)算強(qiáng)度：51033kg/cm2<0.85[σ]=1360kg/cm2。15.63、斜桿與節(jié)點(diǎn)連接焊縫計(jì)算斜桿角鋼直接焊在主梁的下翼緣上，其焊縫的承載能力按把該斜桿當(dāng)作軸心壓桿時(shí)的承載能力等強(qiáng)的條件來設(shè)計(jì)。斜桿的穩(wěn)定系數(shù)根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比λ=154查表得=0.292，則斜桿當(dāng)作壓桿時(shí)的承載力：N7288.31150A需要的貼角焊縫總面積：f6.3cm2；hl若角鋼的肢尖和肢背均取焊縫厚度為h=6mm，則肢尖處的焊縫長(zhǎng)度：f0.70.36.30.64.5cm；l'0.3Af0.7hffl6cm采用。'f0.76.310.5cm；0.70.60.7A0.7h肢背處的焊縫長(zhǎng)度：l"fffl11cm采用。"f9.7邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面型式采用單腹式，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，為了便于安裝滾輪，后翼緣寬度不小于30cm?！?※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)可將容許應(yīng)力值降低20%作為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。圖9-10邊梁截面圖1、荷載與內(nèi)力計(jì)算，在閘門兩側(cè)邊梁上各設(shè)2個(gè)滾輪。①水平荷載主要是主梁傳來的水平荷載，還有頂梁、底梁和各水平次梁端支座傳來的水平荷載。為了簡(jiǎn)化計(jì)算起見，可假定這些荷載全部作用于主梁端部，所以在每個(gè)主梁端部作用于邊梁上的荷載為R=9.7t。②豎向荷載有閘門自重、滾輪摩阻力、止水摩阻力、起吊力等。作用在一個(gè)邊梁上的起吊力的大小估計(jì)為25t。③內(nèi)力計(jì)算為了增加啟門時(shí)的穩(wěn)定性，可將上、下兩個(gè)滾輪的距離布置的大一些，其間距為主梁間距。上滾輪所受的壓力：R9.7t；下滾輪所受的壓力：R9.7t；最大彎矩：122.6M9.712.6剪力：Q9.7t。t·m；最大2maxmax在最大彎矩作用截面上的軸向力（等于起吊力減去滾輪的摩阻力）N259.70.1223.84t。2、邊梁的強(qiáng)度驗(yàn)算截面面積：A601.02301.4144cm2；1.43030.7130151740cm3面積矩：S；max16032301.430.7297169cm4；截面慣性矩：I1297169W截面模量：3095cm3；31.4截面邊緣最大應(yīng)力驗(yàn)算：NMmax573kg/cm2<0.8[σ×1600=1280kg/cm2；AWmax※9※腹板與下翼緣連接處折算應(yīng)力驗(yàn)算：NMmax555kg/cm2；y'AWyQSIi127.5kg/cm2；32597kg/cm20.8[]1280kg/cm2；2zh腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算：QSmax173.6kg/cm20.8[]0.8950760kg/cm2；I以上驗(yàn)算均滿足強(qiáng)度要求。9.8行走支承設(shè)計(jì)行走支承承擔(dān)閘門上的全部水壓力，然后通過埋設(shè)軌道將水壓力再傳給閘墩或邊墩。為防止閘門在運(yùn)行時(shí)前后碰撞、左右歪斜而受卡，以保證閘門在門槽中順利啟閉，還需設(shè)置導(dǎo)向裝置，即側(cè)輪。目前行走支承裝置分為滑動(dòng)式行走支承與滾動(dòng)式行走支承兩大類。由于滑動(dòng)式行走支承的摩擦阻力較大，為減小啟閉力，可采用滾動(dòng)式行走支承。滾動(dòng)式行走支承的型式有滾輪和鏈輪兩種，在同一情況下，滾輪式支承的摩擦阻力僅為膠木滑道的1/2～1/3。滾輪式支承的型式有簡(jiǎn)支輪、懸臂輪等，于對(duì)一般水頭的中、小型工作閘門，多采用簡(jiǎn)支軸式定輪，其軸安設(shè)在邊梁雙腹板上，可避免軸的彎曲力矩過大的情況發(fā)生。1、簡(jiǎn)直輪計(jì)算最大輪壓：P1.1R1.19.710.67t110kN（式中1.1為動(dòng)載系數(shù)），輪直徑：Φ80cm，踏面寬度：b=12cm，輪軸：Φ12cm。①輪子的接觸應(yīng)力PE0.418290MPa；bRmax輪子材料選用ZG310－570，[σ]=320MPa，則s3.03.0320960MPa；maxs滿足強(qiáng)度要求。※10※②輪軸的彎曲應(yīng)力輪軸的彎曲應(yīng)力計(jì)算圖如下：圖9-11輪軸計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：cm）軸徑d=12cm，支承跨距L=26cm，軸套長(zhǎng)度aLl2620l=20cm，則3cm；22P4al彎曲應(yīng)力：0.785d326N/mm2；輪軸材料選用40Cr（調(diào)質(zhì)處理），[σ]=320MPa。③輪軸的剪應(yīng)力8P3d27N/mm2[]215MPa。④軸套的承載應(yīng)力P11010dl12204.6N/mm2[]40MPa；cgcg軸套用鋼基銅塑復(fù)合材料。⑤軸承座的局部緊接承壓應(yīng)力P2d25.212110108.8N/mm2[]80MPa。cjcj2、軌道的計(jì)算滾輪荷載P=110kN，軌道材料為ZG310－570。①軌道底板混凝土承壓應(yīng)力P3hB32020110100.92N/mm2；hkk二期混凝土為C25，其[σ]=9N/mm2。h圖9-12軌道截面尺寸（單位：cm）②軌道橫截面彎曲應(yīng)力513I3.5207.4523.5159.0525130.82k39142cm4；其中：129142Wk846cm3；10.8※11※3Phk9.8N/mm2[]140N/mm2；8Wk③軌道頸部的局部承壓應(yīng)力c2312.7N/mm2[]140N/mm2。h2cd9.9閘門啟門力和吊座計(jì)算1、閘門啟門力計(jì)算具體計(jì)算見“啟閉機(jī)選型”一節(jié)。2、吊軸和吊耳板驗(yàn)算①吊軸采用3號(hào)鋼，[τ]=650kg/cm2,采用雙吊點(diǎn)，每邊起吊力為：N1.2T1.2240.3224.2t；N24.212.1t；2吊軸每邊的剪力：Q2Q1210018.6cm2；A需要吊軸截面積：[]650418.64.9cm。4Ad所以吊軸直徑：②吊耳板強(qiáng)度驗(yàn)算按局部緊接承壓條件，吊耳板采用A3鋼板，其[σ]=800kg/cm2，需要的厚度為：cj24.21033.8cm；Nd[]8800cj因此在邊梁腹板端部的兩側(cè)各焊接一塊厚度為2cm的加強(qiáng)板。加強(qiáng)板采用圓形，其直徑取為3d=3×8=24cm。N24.2103756kg/cm2；d84cj吊耳板半徑R=12cm，周孔半徑r=4cm，[σ]=1200kg/cm2，所以吊耳孔壁拉應(yīng)力：k12242cj12242945kg/cm20.8[]960kg/cm2；kk※12※故滿足強(qiáng)度要求。9平面鋼閘門防腐9.1腐蝕原因類型平面鋼閘門腐蝕主要是化學(xué)過程，可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。1、化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是金屬表面的原子直接與反應(yīng)物（如氧﹑水﹑酸）的分子相互作用，遵循化學(xué)的多相反應(yīng)機(jī)理。2、電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕機(jī)理是：在電解質(zhì)溶液中，金屬表面各個(gè)部分的電位不同，構(gòu)成腐蝕電池，在這種電池中，陽極上的金屬溶解成為金屬離子進(jìn)入溶液，放出的電子流到陰極消耗掉，整個(gè)過程伴隨著電流的產(chǎn)生。鋼閘門所用鋼鐵的成分除鐵之外,還含有石墨、滲碳體(FeC)以及其它金屬和雜質(zhì),它們大多數(shù)腐蝕電位比鐵高,這樣形成的腐3蝕電池的陽極為鐵,而陰極為水溶液、海水或者潮濕的大氣構(gòu)成的電門的腐蝕主要此外，雜質(zhì)。由于鐵與雜質(zhì)緊密接觸,遇到含有酸、堿、鹽的解質(zhì)溶液，滿足形成原電池的三個(gè)條件。鋼閘以電化學(xué)腐蝕為主。外界環(huán)境因素，如水溫、pH值、水質(zhì)污染、水阻率、流速、鋼閘門在水等,也對(duì)鋼閘門的腐蝕產(chǎn)生中的不同位置、生物附著情況及鋼閘門表面防腐涂層狀況很大影響。9.2常用防腐蝕方法目前，較常見的鋼閘門防腐蝕方法有涂料保護(hù)法、金屬熱噴涂保護(hù)、噴涂聚脲彈性體保護(hù)、電化學(xué)保護(hù)法等。1、涂料保護(hù)涂料防腐是用環(huán)氧類、樹脂類或者氯化橡膠類等高性能涂料涂敷在鋼件表面，使閘門表面與水或其它引起腐蝕的介質(zhì)隔離，達(dá)到防腐的目的。防腐蝕涂層系統(tǒng)由與基體金屬附著良好的底漆和具有耐候、耐水性的面漆組成，中間漆選用能增加與底漆、面漆之間結(jié)合力且有一定耐蝕性能的涂料。這種方法在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛。2、金屬熱噴涂※13※金屬熱噴涂保護(hù)系統(tǒng)包括金屬噴涂層和涂料封閉層。目前應(yīng)用廣泛的金屬熱噴涂材料有鋅、鋁、鋅鋁合金和鋁鎂合金。該措施對(duì)于鋼閘門具有隔絕封閉電解液和電化學(xué)的雙重保護(hù)作用：一是象涂料保護(hù)那樣把鋼閘門基體與水或其它引起腐蝕的介質(zhì)隔離開來，避免形成原電池腐蝕；二是從理論上講，金屬噴涂層不可避免存在細(xì)微孔隙，使得鋼閘門基體與水溶液接觸，如果涂料封閉層發(fā)生破損，由于噴涂金屬電位比鐵電位更低，這樣就形成了腐蝕電池，噴涂金屬失去電子成為陽極，而鐵則為陰極受到保護(hù)，起到犧牲陽極保護(hù)陰極的作用。3、噴涂聚脲彈性體聚脲彈性體技術(shù)是為適應(yīng)苛刻腐蝕環(huán)境和環(huán)保需求而研制、開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的防腐保護(hù)措施。聚脲彈性體為A、B兩組份，通過一定壓力下撞擊混合噴涂在鋼件表面，使鋼件表面與腐蝕性介質(zhì)隔離，從而實(shí)現(xiàn)防腐的目的。聚脲彈性體具有優(yōu)異的防腐蝕性能；具有高附著力，同鋼鐵基體附著力為普通涂料的2-3倍；具有較高的強(qiáng)度和柔韌性，噴涂層抗外力破壞能力強(qiáng)；具有優(yōu)異的耐水性能及耐老化性能，可以保證有20-30年甚至更長(zhǎng)的使用壽命。4、陰極保護(hù)陰極保護(hù)的原理是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。分為犧牲陽極保護(hù)法和外加電流保護(hù)法。①將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同電位下，同時(shí)金屬變成離子而犧牲。②外加電流保護(hù)利用外加結(jié)構(gòu)受條件限制，用該方法在管理上尚有困難。9.3防腐方案選擇1、防腐方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)分直流電，負(fù)極接在被保護(hù)金屬上成為陰極，正極接輔助陽極。由于金屬析※14※①涂料保護(hù)涂料保護(hù)法是傳統(tǒng)的防腐措施，工藝簡(jiǎn)單，施工費(fèi)用低廉，但保護(hù)年限相對(duì)較短，在正確使用涂料防腐條件下，目前全國(guó)腐蝕學(xué)會(huì)論證結(jié)論為5～10年（一般不超過10年）。因此，對(duì)于運(yùn)行環(huán)境好、檢修方便、保護(hù)年限要求不高的金屬結(jié)構(gòu)，優(yōu)先考慮涂料保護(hù)法。另外，具備檢修條件的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備，也可選擇這種防腐措施。②金屬熱噴涂金屬熱噴涂防腐工藝相對(duì)涂料防腐，工藝稍顯復(fù)雜，一次投資較大，但其運(yùn)行管理費(fèi)用相對(duì)較低，并可延長(zhǎng)設(shè)備使用年限，推遲設(shè)備更新改造資金投入。金屬熱噴涂和涂料的復(fù)合保護(hù)系統(tǒng)能發(fā)揮最佳協(xié)同效應(yīng),防護(hù)壽命可達(dá)20年以上。該方法適合應(yīng)用于經(jīng)常處于水下或干濕交替等環(huán)境惡劣，且不易檢修或檢修對(duì)發(fā)電、泄洪或航運(yùn)等有較大影響的金屬結(jié)構(gòu)。③噴涂聚脲彈性體聚脲彈性體對(duì)沿海擋潮閘鋼閘門防腐蝕具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與涂層保護(hù)、噴金屬防腐蝕技術(shù)相比，具有附著力高、固化快、施工工效高、防腐效果好、使用壽長(zhǎng)命、適于全年施工等優(yōu)點(diǎn)，其一次投入較大，但年保護(hù)費(fèi)用比涂料保護(hù)和噴金屬防腐蝕低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。④陰極保護(hù)該方法適用于常年在富含電解質(zhì)水溶液中運(yùn)行的鋼構(gòu)件，對(duì)于常暴露在大氣中或者干濕交替環(huán)境中的構(gòu)件，防腐效果不如涂料保護(hù)及金屬熱噴涂。根據(jù)陰極保護(hù)在三峽工程金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究得知，涂層加陰極保護(hù)可使金屬結(jié)構(gòu)的保護(hù)壽命達(dá)30年左右，是目前對(duì)構(gòu)件保護(hù)年限比較長(zhǎng)的一種防腐措施。2、防腐方案選擇本設(shè)計(jì)中鋼閘門雙向擋水，并且一面為海水，結(jié)合上述分析選擇噴涂聚脲彈性體的防腐蝕方案。具體做法如下：①首先使用干燥、無油的壓縮空氣除盡金屬表面浮灰，按鋼材表面除銹等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)片檢查噴砂