潛孔式平面鋼閘門設計

1、25/25潛 孔 式 平 面 鋼 閘 門 設 計工程概況：閘門是用來關閉、開啟或者局部開啟水工建筑物中過水孔口的活動結構。其要緊作用是操縱水位、調節(jié)流量。閘門是水工建筑物的重要組成部分，它的安全與適用，在專門大程度阻礙著整個水工建筑物的原行效果。設計目錄：1. 水工剛結構潛孔式焊接平面鋼閘門設計計算書。1（1）設計資料及有關規(guī)定。1（2）閘門結構的形式及布置。1 閘門尺寸的確定。1 主梁的布置。1（3）面板設計。2 （4）水平次梁、頂梁和底梁地設計。3（5）主梁設計。6（6）橫隔板設計。8（7）邊梁設計。9（8）行走支承設計。10（9）膠木滑塊軌道設計。11（10）閘門啟閉力和吊座驗算。112

2、. 水工剛結構潛孔式焊接平面鋼閘門設計圖。（附圖）水工剛結構潛孔式焊接平面鋼閘門設計計算書一、設計資料及有關規(guī)定：閘門形式：潛孔式焊接平面鋼閘門。2.孔的性質：深孔形式。3.材料：鋼材：Q235焊條：E43；手工電焊；一般方法檢查。止水：側止水用P型橡皮，底止水用條型橡皮。行走支承：采納膠木滑道，壓合膠布用MCS2。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計規(guī)范（SL74-95），中國水利水電出版社1998.8二、閘門結構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：3.50孔口凈高：3.50閘門高度：3.66m。閘門寬度：4.20m。荷載

3、跨度：3.66m。計算跨度：3.90m。2.計算水頭：50.00m。主梁的布置1.主梁的數目及形式 主梁是閘門的要緊受力構件，其數目要緊取決于閘門的尺寸。因為閘門跨度L=3.50m,閘門高度h=3.66m,L3時，a=1.55,則t=a=0.067現列表1計算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akPN/mm2t(mm)4059652.3830.7320.490.6013.7953459652.800.500.490.5011.21253459652.800.740.490.6013.455依照上表計算，選用面板厚度t=14mm2.面板與梁格的連接計算已知面板厚度t=14mm ,同時近似地取

4、板中最大彎應力max=160N/mm2p=0.0714160=156.8.2N/mm ,面板與主梁連接焊縫方向單位長度內地應力：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，頂梁和底梁地設計1.荷載與內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）

5、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）4900.225110.251727.61kN/m 依照上表計算，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=0.077216.530.9752=15.85kNm支座B處的負彎距：M次B0.107ql2=0.107216.530.9752=22.024

6、8kNm 2.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 ; Ix=13699000mm4 ; b1=70mm ; d=9mm 。面板參加次梁工作的有效寬度分不按式611及式612計算，然后取其中較小值。 式：611 Bb1+60t=70+6014=910mm 式：612 B=1b (對跨間正彎距段) B=2b （對支座負彎距段） 。 梁間距b= 。 關于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.8975=780mm ;關于支座負彎距段l0=0.4l0.4975390mm依照l0/b查表61： 關于l0/b78

7、0/9000.867 得10.40 ，得B=1b0.40900360mm , 關于l0/b390/9000.430 得20.16 ，得B=2b0.16900144mm ,對第一跨中選用B360mm,則水平次梁組合截面面積（例圖4）:A=2929+36014=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13699000+2929652+3601435229662171mmWmin=對支座段選用B144mm，則組合截面面積：A=2929+14414=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

8、量為：I次B13699000+2929432+1441435223680365.8mmWmin= 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，即次講明水平次梁選用18b滿足要求。 軋成梁的剪應力一般專門小，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支座處截面的彎距差不多求得M次B=22.0248kNm,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、主梁設計(一)設計資料1）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）l03.5m ；計算跨度l3.9m ；

9、荷載跨度l13.66m2）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鋼的容許應力=160N/mm2 ,考慮鋼閘門自重引起附加應力的阻礙，取容許應力= 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：每個翼緣需要截面為下翼緣選

10、用t12.0cm（符合鋼板規(guī)格），需要取B130cm,上翼緣的部分截面積可利用面板，故只需設置較小的翼緣板同面板相連，選用t12.0cm，b116cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為Bb1+60t16+601.4上翼緣截面面積A1=182.0+1001.4=172cm2 (6)彎應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 彎應力：安全表3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1001.4140.00.7980-27.21103578上翼緣162.032.0

11、2.476.8-25.520808腹板901.090.043.4390615.519220下翼緣302.060.084.4506456.5191405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力剪力強度。尺寸表4所示：表4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

12、)Ay2(cm4)面板部分1001.4140.00.7980-27.21103578上翼緣162.032.02.476.8-25.520808腹板541.054.043.42343.615.519220下翼緣302.060.050.643038.456.5191405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。Vmax790kN。I0=13122cm4上翼緣對中和軸的面積距：S1=32.025.5+14027.2=4624cm3下翼緣對中和軸的面積距：S2=6056.53390cm3S需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采

13、納hf8mm 。4.加筋肋驗算因不需設置橫向加勁肋。閘門上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，其間距a0.975m 。腹板區(qū)格劃分見圖2。5.取面板區(qū)格驗算其長邊點的折算應力 a=450-80-90=280mm面板區(qū)格的長邊中點的主梁彎距和彎應力該區(qū)格長邊中點的折算應力 故面板厚度選用14mm六、橫隔板設計1.荷載和內力計算 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qq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，采納80010mm，上翼緣利用面板，下翼緣采納200mm800mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公

14、式按式B1b確定。查表得10.369 ，B=0.369975=360mm，取B360mm 。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，橫隔板翼緣焊縫采納最小焊縫厚度hf6mm 。七、邊梁設計邊梁的截面形式采納單腹式，如下圖，邊梁的截面尺寸按構造要求確定，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件，由于受力情況復雜，故在設計時將容許應力值降低20作為考慮受扭阻礙的安全儲備。1.荷載和內力計算在閘門每側邊梁上各

15、設4個膠木滑塊，其布置如下圖： （1）水平荷載 要緊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R790kN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，可能為650kN，有N650kN進行強度驗算， ,2.邊梁強度驗算截面面積 。截面邊緣最大應力驗算：腹板最大剪應力驗算：腹板與下翼緣連接處則算應力驗算：， 。均滿足強度要求八、行走支承設計膠木滑塊計算：下滑塊受力最大，起值為R1580kN，設滑塊長度為350mm，則滑塊單位長度

16、承受壓力由表2查得軌頂弧面半徑R=200mm，軌頭設計寬度為b40mm，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應力驗算：。九、膠木滑塊軌道設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：砼同意承壓應力為7N/mm2 ，則所需軌道底板寬度為： 取Bh350mm， 故軌道底面壓應力： 2.確定軌道底版厚度軌道底板厚度按其彎曲強度確定，軌道底版的最大彎應力：軌道底板懸臂長度C102.5mm，關于A3查表得100N/mm2 ，故：，故t50mm 。十、閘門啟閉力和吊座驗算1.啟門力：T啟1.1G+1.2(T2d+T2s)+Px G=0.022K1K2K3A1.34Hs0.63其中，A=3.53.5=12.25mm2 ,可查知：系數K1,K2,K3，均取為1.0 ，G=0.0221.01.01.012.251.34500.639.8=80.1kN ，滑道摩阻力：止水摩阻力：因橡皮止水與鋼板間摩擦系數f0.65， 橡皮止水受壓寬度取為b0.06m，每邊側止水受壓長度H3.66m ，側止水平均壓強：下吸力Px底止水橡皮采納I11016型，其規(guī)格為寬16mm，長110mm，底止水沿門跨長3.9m，依照規(guī)范SDJ1378，啟門時閘門底緣平均下吸強度一般按20kN/m2