閘門(mén)計(jì)算書(shū)(修改)

1、一、基本資料（1）孔口尺寸（寬高）： 4.04.0m（2）底檻高程（八五高程，下同）： -0.300m（3）啟閉機(jī)平臺(tái)高程： 10.200m（4）設(shè)計(jì)外江水位（20年一遇）： 6.845m（5）設(shè)計(jì)最不利運(yùn)行水頭差： 2.800m（6）啟閉方式： 單吊點(diǎn)螺桿啟閉機(jī)（7）行走支撐： 滑動(dòng)支撐（8）主要構(gòu)件采用材料及容許值鋼材 q235aa：門(mén)體梁系及其容許應(yīng)力如下：抗拉、抗壓、抗彎容許應(yīng)力 =160n/mm2抗剪 =95n/mm2局部緊接承壓 cj=120n/mm2b：零部件容許應(yīng)力如下：抗拉、抗壓、抗彎容許應(yīng)力 =100n/mm2抗剪 =65n/mm2局部緊接承壓 cj=80n/mm2孔壁抗拉

2、 k=120n/mm2鑄件:選用zg45,其容許應(yīng)力如下:抗拉、抗壓、抗彎容許應(yīng)力 =140n/mm2抗剪 =105n/mm2鍛件:選用45#鋼,其容許應(yīng)力如下:抗拉、抗壓、抗彎容許應(yīng)力 =145n/mm2抗剪 =95n/mm2電焊條:門(mén)槽軌道表面采用不銹鋼焊條堆焊,焊條型號(hào)采用e0-19-10nb-16，其余構(gòu)件均采用e43型焊條。砼：二期砼采用c30細(xì)石砼。梁系容許撓度：主梁 次梁 止水：頂、側(cè)止水采用p45120型橡皮，底止水采用20110條形橡皮。制造條件：專業(yè)金屬結(jié)構(gòu)制造廠家制造，手工電弧焊。執(zhí)行規(guī)范：水利水電工程鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范（sl74-95） 水利水電工程鋼閘門(mén)制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范

3、（dl/t5018-94）。二、布置本閘門(mén)為潛孔式平面閘門(mén)，閘門(mén)面板設(shè)于迎水側(cè)，梁格布置采用多主梁齊平連接，因閘門(mén)高寬比為1：1，且閘門(mén)跨度不大，故采用單吊點(diǎn)；為控制閘門(mén)反向、側(cè)向移動(dòng)，分別于閘門(mén)閘門(mén)反、側(cè)向設(shè)置反滑塊及限位塊。三、結(jié)構(gòu)計(jì)算按閘門(mén)門(mén)體結(jié)構(gòu)布置：（一） 閘門(mén)支撐跨度式中： 閘門(mén)孔口寬度； d閘門(mén)主行走支撐至閘墩側(cè)面距離。（二） 頂止水中心至底檻高度：4+0.05=4.05m（三） 閘門(mén)荷載跨度（即兩側(cè)止水寬度）：4.0+20.05=4.1m（四） 門(mén)槽門(mén)槽寬度 w=660mm，門(mén)槽深度 d=250mm。（五） 閘門(mén)總水壓力計(jì)算十三圍竇建筑物等級(jí)為4級(jí)，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計(jì)

4、洪水位，因此，本閘門(mén)防洪標(biāo)準(zhǔn)同主體建筑物，即設(shè)計(jì)防洪水位為6.845m，相應(yīng)內(nèi)涌水位2.0m。 總水壓力p可按如下公式計(jì)算：式中：p總水壓力，kn； 水的重度，取10kn/m3； hs上游水頭，m； h閘門(mén)高度（計(jì)算至頂止水），m； hx下游水頭，m； bzs兩側(cè)止水間距，m。則，總水壓力 =768.2kn根據(jù)運(yùn)行條件，本閘門(mén)在靜水中啟閉，其動(dòng)力系數(shù)為1.0，所以，總水壓力p=1.0p1 =1.0768.2 =768.2knp力作用點(diǎn)位置： = =4.38m（六） 閘門(mén)結(jié)構(gòu)尺寸擬定1、主梁間距的布置及其荷載分配主梁間距的布置及其荷載分配采用近似取相鄰間距和之半法（詳見(jiàn)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)金屬結(jié)構(gòu)

5、一p197主梁荷載分配方法3），即主梁所分配的荷載基本上以主梁為中心，上下兩相鄰梁距離一半的范圍，主梁間距及其所分配的荷載見(jiàn)表3-1。表31 主梁荷載試算表梁號(hào)距水面距離yk(m)各梁間距(m)受力梯形上底(kn/m)受力梯形上底(kn/m)梁軸荷載(kn/m)備注頂梁3.12529.841 37.093 24.766 距門(mén)頂0.08m1.321#主梁4.44537.093 49.441 54.516 1.22#主梁5.64549.441 60.221 60.314 13#主梁6.64560.221 67.081 44.556 0.4底梁7.04567.081 71.001 27.616 距門(mén)

6、底0.1m2、閘門(mén)結(jié)構(gòu)布置(七) 面板厚度計(jì)算按公式計(jì)算 式中：面板厚度，mm； 四邊固定的矩形彈塑性薄板在支承長(zhǎng)邊中點(diǎn)處的彎曲應(yīng)力系數(shù)； 彈塑性調(diào)整系數(shù) ，時(shí)，1.4；時(shí)，1.5；其中a，b分別為面板計(jì)算區(qū)格的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，mm； p面板計(jì)算區(qū)格中心的水壓強(qiáng)度，n/mm2； 鋼材二抗彎容許應(yīng)力，并考慮0.9的調(diào)整系數(shù)。現(xiàn)列表計(jì)算如下：表32 面板厚度計(jì)算表區(qū)格a(mm)b(mm)b/akyp(n/mm2)(kyp)0.5(mm)66010751.629 0.471 0.034 0.127 5.71 66010751.629 0.471 0.040 0.138 6.20 60010751.

7、792 0.486 0.047 0.151 6.15 60010751.792 0.486 0.053 0.160 6.54 50010752.150 0.498 0.058 0.170 5.79 50010752.150 0.498 0.063 0.177 6.03 40010752.688 0.500 0.068 0.184 5.01 根據(jù)表中計(jì)算結(jié)果，取=10mm。（八） 主梁計(jì)算1、主梁荷載及內(nèi)力計(jì)算根據(jù)表31計(jì)算結(jié)果，取最大荷載（即2#主梁），q60.4kn/m。因面板布置在上游，止水布置在下游，主梁除承受均布荷載外，還承受側(cè)向水壓力作用在邊梁腹板上引起的軸向力。主梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，其

8、計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：q作用下的最大彎矩，剪力分別為： 139.3kn.m 側(cè)向水壓力產(chǎn)生的軸向力n為：2、主梁設(shè)計(jì)所需截面抵抗矩 最小梁高 經(jīng)濟(jì)梁高 綜上，取梁高h(yuǎn)=520mm，其中腹板高度h0=500mm橫梁腹板厚度 ，實(shí)取10mm。所以每個(gè)翼緣板所需截面積：因?yàn)橐砭墝挾萣i選取時(shí)應(yīng)符合，bi150mm翼緣厚度 實(shí)取 所以符合要求。3、主梁截面特性面板參與主梁作用的有效寬度b（按2#主梁）查得又 取二者小值 根據(jù)主梁設(shè)計(jì)計(jì)算成果，繪制主梁截面如下圖所示：截面積 全截面對(duì)前翼緣的面積距：中性軸到面板距 對(duì)形心軸的慣性矩： 形心軸以上面積對(duì)形心軸的面積距 中性軸與前后翼緣的截面模量 4、主梁強(qiáng)度校核

9、主梁屬偏心受力構(gòu)件： 軸向力n產(chǎn)生的偏心彎矩 則 所以前后翼緣正應(yīng)力： 剪應(yīng)力 所以強(qiáng)度滿足要求。5、主梁剛度校核 為簡(jiǎn)化計(jì)算，可視為在計(jì)算跨度的全跨內(nèi)均布水壓力。撓度 所以 剛度滿足要求。6、主梁穩(wěn)定驗(yàn)算主梁腹板的高厚比 所以腹板不需加肋。 翼緣寬厚比 所以符合要求。7、主梁翼緣焊縫驗(yàn)算 翼緣焊縫厚度按受力最大的支承端截面積算，公式如下：式中 焊縫的容許應(yīng)力，此處為角焊縫，取115n/mm2；其余符號(hào)同前。 又因?yàn)榻呛缚p最小厚度 綜上 主梁上、下翼緣焊縫全長(zhǎng)均取 。8、頂梁設(shè)計(jì) 本閘門(mén)不采用變截面，頂梁截面設(shè)計(jì)同主梁，因頂梁所受荷載（24.77kn/m）均遠(yuǎn)小于主梁所受荷載（60.4kn/m

10、），所以不需驗(yàn)算，只計(jì)算頂梁腹板在水柱作用下的強(qiáng)度。 按四邊固結(jié)計(jì)算，a500mm，b1075mm，10mm，腹板上水壓強(qiáng)度q3.1250.01=0.032n/mm2，b/a=2.15，1.5，查表得0.498則 所以符合要求（九） 水平次梁(底梁)計(jì)算1、荷載及內(nèi)力計(jì)算 水平次梁是支撐在縱梁上的連續(xù)梁，根據(jù)梁格布置，按相鄰間距和元半法計(jì)算每根梁上的線荷載，結(jié)果見(jiàn)表。 表3-3 橫梁荷載內(nèi)力計(jì)算表梁號(hào)距水面距離(m)梁間距(m)梁軸線處水壓強(qiáng)度p(kn/m2)(a上+a下)/2 (m)q=p*(a上+a下)/2 (kn/m)備注門(mén)頂3.0450.081(頂梁)3.12530.6250.412.

11、25 計(jì)算不同0.662(1#次梁)3.78537.0930.6624.48 0.663(1#主梁)4.44543.5610.6327.44 0.64(2#次梁)5.04549.4410.629.66 0.65(2#主梁)5.64555.3210.5530.43 0.56(3#次梁)6.14560.2210.530.11 0.57(3#主梁)6.64565.1210.4529.30 0.48(底梁)7.04569.0410.2517.26 0.1門(mén)底7.145注：表中主梁荷載為將主梁視為次梁的計(jì)算數(shù)據(jù)，不作為主梁結(jié)構(gòu)計(jì)算的依據(jù)。根據(jù)表33中計(jì)算結(jié)果，由于水平次梁采用相同截面，因此以線荷載最大的

12、3號(hào)次梁來(lái)進(jìn)行計(jì)算。水平次梁按承受均布荷載的四等跨連續(xù)梁計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖：2、截面選擇所需截面抵抗距 根據(jù)所需截面抵抗距，初步選用熱軋普通槽鋼，a2190mm2，wx108000mm3，ix8660000mm4，bl63mm，d6.5mm。3、水平次梁強(qiáng)度校核因支座b處彎矩最大，故只需驗(yàn)算支座b處的截面抗彎強(qiáng)度，即 軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，不需驗(yàn)算。4、水平次梁剛度校核最大饒度 所以剛度符合要求（十） 邊梁設(shè)計(jì)邊梁截面型式采用單腹式，邊梁的截面尺寸按構(gòu)造要求及安裝要求確定，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。邊梁是閘門(mén)的重要受力構(gòu)件，由于其受力情況較復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)中，可將

13、其容許應(yīng)力降低20%作為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。1、內(nèi)力計(jì)算水平荷載：主要是主梁傳來(lái)的水平荷載，還有頂、底梁和各水平次梁傳來(lái)的水平荷載，為了簡(jiǎn)化計(jì)算起見(jiàn)，可假定這些荷載全部作用在主梁端部。豎向荷載：包括閘門(mén)自重、滑道摩阻力、起吊力等。作用在一個(gè)邊梁上的起吊力可估計(jì)為100kn。根據(jù)以上的受力分析，及其前面的計(jì)算成果，邊梁的受力簡(jiǎn)圖如下圖所示：則可計(jì)算得 上滑塊所受壓力 r上201.3kn 下滑塊所受壓力 r下195.1kn在最大彎矩作用截面上的軸向力等于起吊力減去上滑塊的摩阻力，即：2、邊梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 邊梁的截面形式如下圖所示截面積 面積距 截面慣性距 截面模量 截面邊緣處最大應(yīng)力 由以上驗(yàn)算

14、結(jié)果可知，邊梁滿足強(qiáng)度要求。（十一） 閘門(mén)偏心距計(jì)算假設(shè)閘門(mén)重心線相對(duì)橫梁腹板中心向上游偏離e，列表計(jì)算如下：表3-4 閘門(mén)偏心距計(jì)算表序號(hào)名稱規(guī)格總重(kg)偏心距(m)力矩(kgmm)1面板-10442041001422.58 265-e-1422.58(265-e)橫梁腹板-105004290673.53 e673.53e橫梁翼板-101503900367.38 e367.38e次(底)梁16a4290295.15 180-e-295.15(180-e)中縱梁腹板-105001310/1190/990/388152.21 e152.21e中縱梁翼板-101501170/1050/850/

15、32579.95 e79.95e次縱梁工16a655/648 /595/588/495/488/388162.24 180-e-162.24(180-e)邊梁腹板-105004100321.85 e321.85e邊梁翼板-102604100334.72 e334.72e次梁端加勁板-1010035016.49 75+e16.49(75+e)吊座加勁板-2028040035.17 00底部連接板-101005007.85 e7.85e2吊座見(jiàn)大樣70.29 003滑塊見(jiàn)大樣110.72 5-e-110.72(5-e)4限位塊見(jiàn)大樣6.04 e6.04e5頂止水橡皮p45-5型 l=344512.

16、06 290+e12.06(290+e)6頂止水墊板h20-7型 l=39007.02 270+e7.02(270+e)7頂止水壓板-1060389018.32 301+e18.32(301+e)8側(cè)止水橡皮(內(nèi))p45-5型 l=372226.05 290+e26.05(290+e)9側(cè)止水墊板(內(nèi))h20-7型 l=407014.65 270+e14.65(270+e)10側(cè)止水壓板(內(nèi))-1060401037.77 301+e37.77(301+e)11側(cè)止水橡皮(外)p45-5型 l=407228.50 300-e-28.5(300-e)12側(cè)止水墊板(外)h20-7型 l=40721

17、4.66 280-e-14.66(280-e)13側(cè)止水壓板(外)-1060407238.36 311-e-38.36(311-e)14轉(zhuǎn)角橡皮p745-3型 4.20 290+e4.2(290+e)15底止水橡皮1h120-4型 l=405010.94 280-e-10.94(280-e)16底止水壓板1-1060389018.32 295-e-18.32(295-e)17底止水橡皮2h120-4型 l=5302.86 e2.86e18底止水壓板2-10605004.71 e4.71e19止推板1-122040507.63 280-e-7.63(280-e)注：1、假設(shè)閘門(mén)重心向迎水側(cè)側(cè)偏離

18、橫梁腹板中心e； 2、令力矩=0，可解得e=110mm，即閘門(mén)重心線偏離門(mén)槽中心線100mm（迎水側(cè)）。四：閘門(mén)啟閉力計(jì)算閘門(mén)啟閉力計(jì)算公式：閉門(mén)力 持住力 啟門(mén)力 式中：摩阻力安全系數(shù)，1.2； 計(jì)算閉門(mén)力時(shí)閘門(mén)自重修正系數(shù)，0.9； 計(jì)算持住力和啟門(mén)力時(shí)閘門(mén)自重修正系數(shù)，1.1； 支承摩阻力，對(duì)于滑動(dòng)支承，（式中，f2為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，p為作用在閘門(mén)上的總水壓力）； 止水摩阻力，（式中，f3為止水摩擦系數(shù)，pzs為作用在止水上的總水壓力） g閘門(mén)自重，按閘門(mén)實(shí)際重量計(jì)算，g4.33t； 上托力，（式中為水的重度，t為上托力系數(shù)，hs為設(shè)計(jì)水頭，d1為底止水至上游面的間距，bzs為兩側(cè)止水的間距），本閘門(mén)中；gj配重塊重量，本閘門(mén)中g(shù)j0；下吸力，（式中為底止水到下游面的間距部分的平均下吸強(qiáng)度，一般可按20kn/m2考慮，對(duì)溢流壩和壩內(nèi)明流底孔閘門(mén)，當(dāng)下游流態(tài)良好，通氣充分時(shí)，可不計(jì)下吸力，d2為底止水至下游面間距，為兩側(cè)止水間距），本閘門(mén)中不計(jì)下吸力，0；作用于閘門(mén)上的水柱壓力，本閘門(mén)中0。由業(yè)主及西南水電所提