露頂式平面鋼閘門設計

露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計一、設計資料閘門形式：露頂式平面鋼閘門；孔口凈寬：3.0m；設計水頭：2.8m；結構材料：Q235焊條：E43；止水橡皮：側止水用P形橡皮；行走支承：采用膠木滑道，壓合膠木為MCS-2；砼強度等級：C20。（SL74-95）二、閘門結構形式及布置1、閘門尺寸的確定，如圖-1所示：頁腳內容10.2m頁腳內容1頁腳內容頁腳內容PAGE8頁腳內容頁腳內容PAGE7度H=2.8+0.2=3.0m；；03）閘門的計算跨度：L=L+2×0.15=3.30m。0PP圖1 閘門主要尺寸圖2、主梁形式的確定。主梁的形式根據(jù)水頭的大小和跨度大小而定，一般分為實腹式和行架式，為方便制造和維護，采用實腹式組合梁。3、主梁布置。當閘門的跨度L不大于門高HL/H<1.5水面至門底距離為H，主梁個數(shù)n，對于露頂式閘門，第K根主梁至水面的距離為y 則：k，露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計C不宜過長，通常要求C≤0.45H=0.45×2.8=1.26ma≥0.12H，則a=0.33≈0.12H=0.336（m）主梁間距2b=2( ya)=2×(0.930.33)=1.20m則C=H2ba=2.81.20.33=1.27 ≈0.45H（滿足要求）4、梁格布置。梁格布置一般分為：簡式、普通式、復式三種。設計跨度較小且寬高比L/H<1.5時,可不設次梁，面板直接支承在多根主梁上。本設計采用普通式，不設水平次梁，只在豎向設兩道橫隔板。板 梁邊梁Ⅰ邊梁Ⅰ主梁ⅡⅢ底梁圖2 梁格布置尺寸圖5、梁格連接形式。連接。6、邊梁與行走支承。邊梁采用單腹式，行走支承采用膠木滑道。三、面板設計根據(jù)規(guī)范，關于面板計算，先估算面板厚度，在主梁截面選擇之后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力。1、估算面板厚度。面板厚度按《鋼閘門設計規(guī)范》5.2.6-1式計算：當b/a≤3,時，α=1.5；當b/a＞3,時，α=1.4?，F(xiàn)對面板進行分區(qū)列表計算。表1 面板厚度估算Ⅰ14701100Ⅱ12001100Ⅲ3301100區(qū)格a(mm)b(mm)區(qū)格a(mm)b(mm)b/akyt(mm)0.7480.2450.0063.6350.9170.2820.0185.5723.3330.7500.0263.0832、面板與梁格的連接計算。面板局部撓曲時產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的橫向拉力P按下式計算：P=0.07tσ =0.07×6×160=33.6（N/mm）max面板與主梁連接焊縫方向單位長度內的剪力為TVS2I0

28.8210343069838.52N/mm29457.5104則面板與主梁連接的焊縫厚度為P2T233.6238.522h /P2T233.6238.522f f

/0.71150.6mm面板與梁格連接焊縫取其最小焊縫厚度hf=6mm。四、頂梁、底梁設計1、荷載與內力計算。作用在頂梁、底梁上的水平壓力按下式計算，即上下qpa a上下2列表計算如下表2 頂梁、底梁均布荷載的計算梁梁間距(a+a上q梁號梁軸線處水壓下)/2備注（m）(m)(kN/m)1(頂梁)頂梁荷載按下圖計算2.281.2712.45 1.271.47P232(上主梁)11.472.28(kN/m)12.451.3416.621.2mk4(下主梁)524.210.76518.52210.31P0.20m1.27m1.47m2P35(底梁)27.440.226.04根據(jù)表2計算，選取底梁計算，底梁邊跨中彎矩為M =0.08ql2=0.08×6.04×1.12=0.58(kN·m)底中BM =0.10ql2=0.10×6.04×1.12=0.73(kN·m)B底q=6.04kN.mBCBCDM底支底支AM底中BCD圖2 底梁計算簡圖和彎矩圖2、截面選擇。WM

0.73106160

45625mm）[86附表6.3查得：A=1024mm2；W=25300mm3；I=1010000mm4；b=43mm；xwt=5mm。w面板參加底梁工作有效寬度按下式計算，然后取其較小值。1B=ξb（對跨間正彎矩段）12B=ξb（對支座負彎矩段）2100 b=2/3×b=0.8L=0.8×1100=880（mm）；對于支座負彎矩段取L=0.4L=0.4×1100=440（mm）L/bG4100 10 L/b=880/403=2.18，查表得ξ=0.73，則B=ξb=0.73×220=160(mm)；10 20 L/b=440/403=1.09，查表得ξ=0.43，則B=ξb=0.43×220=95(mm)20 對于第一跨中，選用B=160mm，則底梁組合截面面積為A=1024+160×6=1984（mm2）跨中組合截面形心到槽鋼中心線的距離為e1606431m）1984跨中組合截面的慣性矩及截面模量為I =1010000+1024×212+160×6×222=1926224（mm4）底中Wmin

1926224 61

mm3）頁腳內容頁腳內容PAGE11頁腳內容頁腳內容PAGE10露頂式平面鋼閘門設計B=95mm，則組合截面面積為A=1024+95×6=1594（mm2）支座組合截面形心到槽鋼中心線的距離為95643e1594

mm）支座組合截面的慣性矩及截面模量為I =1010000+1024×152+95×6×282=1687280（mm4）底支Wmin

168728055

mm3）3、底梁的強度驗算。B只需驗算支座B處截面的抗彎強度，即 M

0.73106底支 23.80(N/mm2

160N/mm2底 Wmin

30678因此，底梁選用[8槽鋼滿足要求。4、底梁的撓度驗算。受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，則邊跨撓度為 5 ql 底支l 384EI底

16EI底 56.041.1103 0.731061.1 3842.061051926224 162.061051926224露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計=0.000137＜

10.004l250因此，底梁選用[8槽鋼滿足強度及剛度要求。頂梁所受荷載較底梁更小，選用[8槽鋼滿足要求。五、主梁設計1、設計資料。011）主梁跨度：凈跨（孔口寬度）L=3.0m，計算跨度L=3.3m，荷載跨度L=3.0m；012橫隔板側止水主梁面板4邊梁1150橫向隔板150主梁2P019 /.03圖3 平面鋼閘門的主梁位置和計算簡圖qp

12H22

129.82.82

19.21kN/m；2 2 2橫向隔板間距：1.10m；露頂式平面鋼閘門設計主梁容許撓度[υ]=L/6002、主梁設計。截面選擇。①彎矩與剪力。 M 19.213.03.33.025.93(kNm) max 2

2 4qL 1V max

1 19.213.028.82(kN)2 2②需要的截面模量。已知Q235鋼的容許應力[σ]=160N/mm2，考慮鋼閘門自重引起的附加應力作用，取容許應力為[σ]=0.8×160=128N/mm2，則需要的截面模量為MWM

25.93105 203(cm3128102③腹板高度選擇。按剛度要求的最小梁高為1281023.3102h 0.96min

/

0.960.23 2.061071/60）

cm）經(jīng)濟梁高 h

3.W2/53.11802/5247cm）梁高不得小于hmin，因此取腹板高度h0=35cm。露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計頁腳內容頁腳內容PAGE12頁腳內容頁腳內容PAGE13④腹板厚度選擇。按經(jīng)驗公式計算：t h/11 35/110.54cm，ww選用t=0.6cm（符合鋼板規(guī)格及最小尺寸要求）。w⑤翼緣截面選擇。每個翼緣需要截面為W th 203 0.635A w0 2.3(cm2)1 h 6 35 60xx1翼緣選用t=0.6cmxx11 11 需要b=A/t=2.3/0.6=3.83cm，由于b選取范圍必須在（1 11 1b=h/5=35/5=7cm。1面板兼做主梁上翼緣的有效寬度取為Bb1

60t板

7600.6

cm）上翼緣面積為A1=7×0.6+43×0.6=30（cm2）⑥彎應力強度驗算。Ay 557.51yA1

55.2

10.1(cm)截面慣性矩II0

0.6353Ay2 7313.79457.5(cm4)12 12表3 主梁跨中截面的幾何特性計算各形心離各形心離Ay部位A（cm）截面尺 截面面距離′各形心離中和軸Ay22（cm3）y=y′-y（cm）1（cm4）y′（cm）面板部分43×0.625.80.37.74-9.82477.8上翼緣板7×0.64.20.93.78-9.2355.5腹板35×0.62118.7392.78.61553.2下翼緣板7×0.64.236.5153.326.42927.2合計55.2557.57313.7截面模量：上翼緣頂邊 W Imin y1

9457.5 936(cm3 10.1下翼緣頂邊 W Imin y2

9457.5 354(cm3 26.7彎應力MW

max

25.93105 3(N/mm2) 8160354103

N/mm2）min滿足要求。⑦撓度驗算。主梁跨中撓度計算為露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計頁腳內容頁腳內容PAGE14頁腳內容頁腳內容PAGE155 ql3Mll 384EI 16EI 3 519.213.3103 25.931063.31033842.061059457.5104 162.061059457.5104=0.000186＜

10.00167l600滿足要求。翼緣焊縫計算。h翼緣焊縫厚度（焊腳尺寸）按受力最大的截面計算。最大剪應hf力V =28.82kN,截面慣性矩I=9457.5cm4。上翼緣對中和軸的面積矩S1=25.8×9.8+4.2×9.2=291.5（cm3）下翼緣對中和軸的面積矩S1=4.2×26.4=110.9（cm3）則需要的h

V1 28.82

0.06(cm)f 1.4I 1.49457.511.36f6t角焊縫最小厚度h1.5tf

1.5

7m）f因此，主梁的焊縫均采用h=6mm。f0腹板的加勁肋驗算因為h3558 80故無需設橫向加勁0t 0.6肋。面板參與主梁整體彎曲時的強度驗算。通過上述面板厚度計算，Ⅱ區(qū)所需厚度較大，因此該區(qū)長邊中點應力最大，所以對Ⅱ區(qū)進行折算應力驗算。b=1100mm，a=1200mm，P2=0.018N/mm2。由于b/a=1100/1200=0.92＜1.5，則面板Ⅱ區(qū)長邊中點的局部彎曲應力為kpa2 0.2830.01812002 203.04(N/2)my t2 62 mx my

0.3203.0460.91(N/mm2)主梁在Ⅱ區(qū)中點的彎矩及彎應力為 M19.213.03.33.025.93(kNm) 2 2 4M 25.93105 0x 1

0.5) (1.50.3680.5) 0.14(N/mm2)W 9361031 其中，ξG4，ξ1 2my2my)2 mx 0x my mx 0xzh203.042203.042(60.910.14)2203.04(60.910.14)露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計露頂式平面鋼閘門設計頁腳內容頁腳內容PAGE26頁腳內容頁腳內容PAGE25180.45N/mm2

1.11.11.5160264N/mm2 因此，選用面板厚度選用 六、橫隔板設計1、荷載和內力計算臂梁，則橫隔板在上懸臂的最大負彎矩為M.2798127111273.8PP主梁q=7.90kN/m

kNm）66350667 283108607主梁主梁2、橫隔板截面選擇及強度驗算腹板選用與主梁腹板同高，采用350mm×6mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用70mm×6mm的扁鋼。上翼緣有2效計算寬度按B=ξb確定，其中 52282b=1100mm，L0/b=2×1270/1100=2.31G4，ξ=0.75，B=0.75×1100=825mm。2截面形心到腹板中心線的距離為e825617870617882567063506截面慣性矩為

mm）I=1/12×6×3503+6×350×1082+70×6×2862+6×825×702=10454×104（mm4）截面模量為Wmin

10454104289

mm3）驗算彎應力為M 3.68106W min

361730

117(N/mm2) 8160

N/mm2）f橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度h=6mm。f七、邊梁設計門采用滑道式支承，因此采用單腹式邊梁。邊梁的截面尺寸按構造要求確定，即截面高度與主梁高度一致，本設計取h0=350mm；閘門兩側分別設兩個膠木滑塊，為了便于安裝膠木滑塊，下翼緣寬度不小于300mm，本設計取翼緣寬300mm。20%作為安全儲備。1、荷載和內力計算水平荷載。主要是受主梁傳來的水平荷載，還有頂梁、底梁R=28.82kN。力等。上滑塊所受壓力R28.821.221.62(kN)1（1.20.4）彎矩圖60533006彎矩圖605330060040021R1上主梁作用力28.82kN下主梁作用力R228.82kN+剪力圖6下滑塊所受壓力R28.82221.6236.02(kN)2最大彎矩Mmax

21.620.48.65(kNm)最大剪力Vmax

R21.62(kN)1最大軸向力為作用在一個邊梁上的啟吊力，啟吊力根據(jù)后面計算為44.5kN。則在最大彎矩作用的截面上的軸向力為1N=44.5Rf=44.521.62×0.12=41.91（kN）。12、邊梁的強度驗算截面積A=350×6+2×300×6=5700（mm2）面積矩S =6×300×178+6×175×87.5=93853（mm3）截面慣性矩I=1/12×6×3503+2×300×6×1782=135499900（mm4）截面模量135499900W 181

mm3）截面邊緣最大應力驗算N M 41.91103 8.65106 max 18.1N/m0.8

N/mm2）max A W 5700 748618腹板最大剪力驗算V S 21.6210393853 maxmax N/mm8

N/mm2）It 1354999006腹板與下翼緣連接處折算應力驗算NM

max

y41.911038.6510617518.2

N/mm

N/mm2）A W y 5700 748618 181V

Smax

2621033006178

N/mm2）It 1354999006232322.25232.522h

2

N/mm

N/mm2）驗算均滿足強度要求。八、行走支承設計膠木滑塊計算：由上述邊梁計算圖可知，下滑塊受力最大，其值R2=36.02kN。根據(jù)《規(guī)范》表7.0.81，膠木滑塊長度取為250mm，則滑塊單位長度的承壓力為36.02103q 250

N/mm）7.0.82R=100mm，軌頭設。膠木滑道與軌頂弧面的接觸應力驗算qR144100qR144100max

104

N/mmj

N/mm2）選定膠木寬100mm，長250mm。九、膠木滑塊軌道設計1、確定軌道底板寬度。軌道底板寬度按砼承壓強度決定。C20砼容許承壓應力查《規(guī)范》表4.2.5得，[σ]=7N/mm。圖4 膠木滑塊支承軌道截面圖則所需要的軌道底板寬度為B q h h

1447

1m）h取B=100mm，因此，軌道底面壓應力為h144 .4h 100

N/mm2）2、確定軌道底板厚度。軌道底板厚度δ按其彎曲強度確定。軌道底板的最大彎應力為c2ht2

式中c為軌道底板的懸臂長，c=37.5mm，對于Q235鋼，查《規(guī)范》表4.2.2得，[σ]=100N/mm2。因此，所需軌道底板厚度為3c2h31.4437.52100t3c2h31.4437.52100取軌道底板厚度為10mm。十、閘門啟閉力和吊座計算1、啟閉力計算T 1.G12T TP啟 zd zs x其中閘門自重zcgG=KKKH1.43B0.88×9.8zcgz c 式中，K=0.81，K=1.0，K=0.156（見水工鋼結構附錄10）。G=0.81×1.0×0.156×3.01.43×3.00.88×z c 滑道摩阻力T fP0.170.59.82.823.019.59(KN)zd止水摩阻力T 2fbHPzs橡皮止水與鋼板間摩擦系數(shù)f=0.65橡皮止水受壓寬度取為b=0.045m側止水受水壓長度H=2.8m側止水平均壓強P=9.8×2.8/2=13.72kN/m2因此T 20.650.04