露顶式平面钢闸门设计1

《露顶式平面钢闸门设计1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《露顶式平面钢闸门设计1（21页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、水工钢构造课程设计题 目：露顶式平面钢闸门设计姓 名：赵 扬班 级：09级农业水利工程学 号：095070指引教师：刘丽霞一、 设计资料闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；孔口净:9.60m；设计水头：5.7m；构造材料：Q235钢；焊条：E43；止水橡皮：侧止水用P型橡皮；行走支承：采用胶木滑道，压合胶木为MCS-2；混凝土强度级别：C20。二、闸门构造的形式及布置（1）闸门尺寸的拟定。 1）闸门高度：考虑风浪所产生的水位超高为0.4m，故闸门高度=5.7+0.2=5.9m 2）闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：=9.6 m； 3）闸门计算跨度：=+2d=9.6+20.2=10m。（2）主梁的形

2、式.0.2 主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中档跨度，为了以便制造和维护，决定采用用实腹式组合梁。L1=9.6 5.9 P=159.2N/m H/3=1.9 5.7 2b=2.5 C=2.55 L=10 L0=9.6 （3） 主梁的布置。 根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压力合力的作用线=H/3=1.83m，并规定下悬臂a0.12H和a0.4m、上悬臂c0.45H,今取 a=0.65m0.12H=0.68m主梁间距2b=2(a)=2(1.90.65)=2.5m.则 c=H-2b-a=5.72.50.65=2.55（

3、m）3时，=1.4,则t=a=0.07a现列表如下：梁格a（mm）b(mm)b/akp(N/)t(mm)165025901.570.5840.0070.0647.18101025902.570.5000.0210.1027.0186025903.010.5000.0310.1257.5079025903.370.5000.0400.1427.6569025903.750.5000.0480.1557.4853025904.890.7500.0550.2037.53根据上表计算，选用面板厚度t=7mm。（2）面板与梁格的连接计算面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P，已知面板厚度t=7

4、mm,并且近似地取板中最大弯应力=160 则 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为： 由式（6.8）计算面板与主梁连接的焊缝厚度为： 面板与梁格连接焊缝取其最小厚度。四、水平次梁、顶梁和底梁的设计（1）荷载与内力的计算水平次梁和顶底梁都是支承在隔板上的持续梁，作用在它们上面的水压力按公式： 现列表计算如下： =160.31kN/m 梁号梁轴线水压强度（）梁间距 (mm) (m) (kN/m) 1（顶梁） 1.425 2 15.4 1.425 21.951.040 3（上主梁） 26.51.005 27.56 0.859 4 35.8 0.830 32.040.825 544.0 0.760

5、 36.300.705 6（下主梁）51.90.620 36.590.400 7（底梁）57.8 0.350 23.12根据上表计算，水平次梁计算荷载取31.01KN/m, 水平次梁为四跨持续梁，跨度为2.35m.如下图所示。水平次梁弯曲时的边跨跨中弯矩为： 支座B处的弯矩为：q=32.4kN/m （1） 截面选择。 考虑运用面板作为次梁截面的一部分，初选槽钢18a，由附录表查得： A=2569()；=141400();=12727000()=68(mm); d=7(mm)面板参与次梁工作有效宽度按下式计算，然后取其中最小值。 B+60t=68+608=548(mm)134 46 B=1b(对

6、跨间正弯矩段）； B=2b(对支座负弯矩段）；44 548 按5号梁计算，设梁间距b=(b1+b2)/2=(780+770)/2=775(mm).拟定上式中面板的有效宽度系数时，需要懂得梁弯矩零点之间的距离L0与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩段取=0.8=0.82500=(mm);对于支座负弯矩段取=0.4=0.42500=1000(mm)。根据/查表得：8 对于=/775=2.581得1=0.79则B =1b=0.79775=612(mm) 对于=1000/775=1.290得2=0.37则B=2b=0.37775=287(mm)对于第一跨中弯矩选用B=485(mm)，则水平次梁组合截面

7、面积： A=2569+5488=6953(mm2)组合截面形心到槽钢中心线的距离为： 跨中组合截面的惯性矩及截面模量为： 对支座段选用B=287(mm).则组合截面面积： 组合截面形心到槽钢中心线的距离： 支座处组合截面的惯性矩及截面模量： (3)水平次梁的强度验算。 由于支座处B弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即： 阐明水平次梁选用槽钢18a满足规定。 扎成梁的剪应力一般很小，可不必验算。（4）水平次梁的挠度验算受均布荷载的等跨持续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处，截面的弯矩已经求得=21.56,则边跨挠度可近似地按下式计算： 故水平次梁选用槽钢18

8、a满足强度和刚度规定。2. （5）顶梁和底梁顶梁所受荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁刚度，因此也采用槽钢18a。 底梁也采用槽钢18a。五、主梁设计（1）设计资料 1）主梁跨度净宽L0=9.6m;计算跨度L=10m；荷载跨度L1=9.6m； 2）主梁荷载q=P/2=79.6KN/m. 3) 横向隔间距：2.5m. 4) 主梁容许挠度：=L/600 。H/3=1.9 0.65m 1.25m 1.25m 0.2m 0.2m 0.2m L=10m L0=9.6m Q=p/2=79.6KN L1=9.6m L=10m 2.55m H=5.7m (2) 主梁设计 主梁设计内容涉及：截

9、面选择；梁高变化；翼缘焊缝；腹板局部稳定验算；面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。 1）截面选择 弯矩与剪力。弯矩与剪力计算如下： 、 )需要的截面模量。已知Q235钢的容许应力=160N/mm2，考虑钢闸门自重引起的附加应力作用，取容许应力=0.9160=144N/mm2,则需要的截面模量为： 腹板高度选择按刚度规定的最小梁高（变截面梁）为： 经济梁高 由于钢闸门中的横向隔板质量将随主梁增高而增长，故主梁高度宜选得比小，但不不不小于。现选用腹板高度。腹板厚度选择。按经验公式计算： ，选用。620 8 翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为：100010 1000 468 1048 580 下

10、翼缘选用(符合钢板规格）需要=,选用（).上翼缘的部分截面可运用面板，故只需设立较小的上翼缘板同面板相连,选用,.面板兼作主梁上翼缘的有效宽度取为： 上翼缘面积： 弯应力强度验算 主梁跨中截面（见下图)的几何特性如下表：部位截面尺寸截面面积A各形心离面板表面距离各形心离中和轴距离面板部分620.849.60.419.8-50.1124300上翼缘板142.028.01.850.3-48.766200腹 板1001.0100.052.852802.3530下翼缘342.068.0103.8705853.3193200合计245.612408336035截面形心矩：截面惯性矩：截面模量： 上翼缘顶

11、边： 下翼缘底边：弯应力：规定可不必验算整体稳定性。又因梁高不小于刚度规定的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。 2）截面变化。 因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支承边梁高度（节省钢材），有必要将主梁支承段腹板高度宽度减小。620 梁高开始变化的位置取在临近支承段的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承段的距离为250-10=240cm。10 y1=311 26020 648 900 2500 2500 600 剪切强度验算：考虑到主梁段部的腹板及翼缘部分分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字钢截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的几何特性如下表。 部位截面尺寸（cmcm)A(cm2)y,(cm)A

12、y,(cm3)Y=y,-y1(cm)Ay2(cm3)面板部分620.849.60.419.8-50.146443上翼缘板142.028.01.850.3-48.723874腹 板1001.06032.819682.3194下翼缘342.068.063.8433853.373157合计205.65356125978截面形心距：截面惯性矩：截面下半部中和轴的面积矩：剪应力：需要 角焊缝最小厚度 全梁的上、下翼缘焊缝都采用。4） 腹板的加劲肋和局部稳定验算。加劲肋的布置：由于80，故需设立横向加劲肋，以保证腹板的局部稳定性。由于闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间距。梁高与弯矩都较大的区格可按

13、验算：区格左边及右边截面的剪应力为： 区格截面的平均剪应力为： 区格左边及右边截面上的弯矩分别为： 区格的平均弯矩为：区格的平均弯应力为：计算 计算，由于区格长短边之比为2.5/1.01.0则 将以上数据代入公式 有1.0（这里无局部压应力）。满足局稳规定，故在横隔板之间（区格）不必增设横向加劲肋。再从剪力最大的区格来考虑：该区格的腹板平均高度，因，不必验算，故在梁高减少的区格内也不必另设横向加劲肋。5) 面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算。从上述的面板设计可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格所需板厚度较大，这意味着该区格的长边中点应力也较大，因此选用区格，并验算其长边中点的折算应

14、力。 面板区格在长边中点的局部弯曲应力为： 相应于面板区格在长边中点的主梁弯矩和弯应力为： 面板区格的长边中点的折算应力为： 上式中的取值均以拉应力为正号，压应力为负号。故面板厚度选用7mm，满足强度规定。六、 横隔板设计（1）荷载和内力计算横隔板同步兼做竖直次梁，它重要承受水平次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来替代（见下图），并且把横隔板作为支撑在主梁上的双悬臂梁。则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为：278 (2) 横隔板截面选择和强度计算。13000 8222 1000 8其腹板选用与主梁腹板同高，采1000mm8mm，上翼缘运

15、用面板，下翼缘采用200mm8mm的扁钢，上翼缘运用面板的宽度按B=2b拟定，其中b=2500mm，按,查表可得有效宽度系数2=0.51，则B=0.512500=1275取B=1300mm截面形心到腹板中心线的距离为： 截面惯矩为：截面模量为：验算弯应力为：由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算，横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度。七、纵向连接系设计（1）载荷和内力计算纵向连接系受闸门自重。露顶式平面钢闸门G按式计算： 下游纵向连接系承受: 纵向连接系视为简支的平面桁架，其桁架腹板杆布置如下，其结点荷载为 杆件内力计算成果如图所示。42500=10000 18.2KN 18.2KN 9.1KN

16、9.1KN9.1KN4.55KN 4.55KN （2） 斜杆截面计算。斜杆承受最大拉力N=17.33kN，同步考虑闸门偶尔扭曲时也许承受压力，故长细比的限制值应与压杆相似，即选用单角钢908，由附表查得：截面面积： 回转半径： 斜杆计算长度： 长细比： 验算拉杆强度为： 考虑单角钢受力偏心的影响，将容许应力减少15%进行强度验算。（3） 斜杆与结点板的连接计算（略）。八、 边梁设计 边梁的截面形式采用单腹式（如图），边梁的截面尺按照构造规定拟定，即截面高度与主梁端部高度相似，腹板厚度与主梁腹板厚度相似，为了便于安装压合胶木滑块，下翼缘宽度不适宜不不小于300mm的扁钢做成。 边梁是闸门的重要受

17、力构件，由于受力状况复杂，故在设计师将容许应力值减少20%作为考虑受扭影响的安全储藏。（1） 荷载和内力计算。在闸门每侧边梁上各设六个滚轮。其布置尺寸可见下图。 1）水平荷载。重要是主梁传来的水平荷载，尚有水平次梁和顶、底梁传来的水平荷载。为了简化起见，见假定这些荷载由主梁传给边梁。每个主梁作用于边梁的荷载为R=333.45kN。 2） 竖向荷载。有闸门自重、滑道摩阻力、止水摩阻力、启吊力等。 上滑块所受的压力 ： 下滑快所受的压力： 最大弯矩： 最大剪力： 最大轴向力为作用在一种边梁上的起吊力，估计为200kN（具体计算见后）。在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于起吊力减去上滚轮的摩阻力，该轴

18、向力。78KN 10 304KN 382KN 382KN 194.6kNm （2） 边梁的强度验算。 截面面积： 面积矩： 截面惯性矩： 截面模量： 截面边沿最大应力验算：腹板最大剪应力验算：腹板与下翼缘连接处折算应力验算： 以上验算均满足强度规定。九、 行走支承设计 胶木滑块计算：滑块位置如图所示，下滑快受力最大，其值为。设滑块长度为350mm，则滑块单位长度的承压了为：根据上述q值由表查得轨顶弧面半径R=150mm，轨头设计宽度为b=35mm。胶木滑道与轨顶弧面的接触应力按式（6.14）进行验算： 选定胶木高30mm，宽120mm，长350mm。十、胶木滑块轨道设计（1）拟定轨道底板宽度。

19、轨道底板宽度按混凝土承压强度决定。根据C20混凝土由附表9.2查得混凝土的容许承压应力为，则所需要的轨道底板宽度为： 故轨道底面压应力为：40 （2） 拟定轨道底板厚度。轨道底板厚度按其弯曲强度拟定。轨道底板的最大弯应力为：82.5 82.5 200 式中轨道底板的悬臂长度c=82.5mm，对于Q235钢，查得。 故所需轨道底板厚度为： 十一、闸门启闭力和吊座计算（1）启门力按式计算： 其中闸门自重： 滑道摩阻力： 止水摩阻力： 由于橡皮止水与钢板间摩擦系数： 橡皮止水受压宽度取为： 每边侧止水受水压长度： 侧止水平均压强： 故 下吸力底止水橡皮采用110-16型，其规格为宽16mm、长110

20、mm。底止水沿门跨长9.4m。根据钢闸门设计规范：启门时闸门底缘平均下吸强度一般按计算，则下吸力为： 故闸门启门力为： （2） 闭门力按式（6.25）计算： 显然仅靠闸门自重是不能关闭闸门的。为此，我考虑采用一种重量200kN的加载梁，在闭门时可以依次对需要关闭的闸门加载下压关闭。（3） 吊轴和吊耳板验算。 1）吊轴。采用Q235钢，查得，采用双吊点，每边起吊力为： 吊轴每边剪力： 需要吊轴截面积： 又 故吊轴直径： 2） 吊耳板强度验算。按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按式（6.27） 计算。由表查得Q235钢的 ，故 因此在边梁腹板上端部各焊一块厚度为20mm的轴承板。轴承板采用圆形，其直径取为3d=380=240mm。吊耳孔壁拉应力按（6.28）式计算： 式中，吊耳板半径R=120mm，轴孔半径r=40mm，又查附表1.7得，因此单孔壁拉应力： 故满足规定。