溢洪道露頂式平面鋼閘門鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)溢洪道露頂式平面鋼閘門1基本資料閘門形式：溢洪道露頂式平面鋼閘門；孔口凈寬：9.00m；設(shè)計(jì)水頭：5.50m；結(jié)構(gòu)材料：q235鋼；焊條：e43；止水橡皮：側(cè)止水用p形橡皮；行走支承：采用膠木滑道，壓合膠木為mcs-2；混凝土強(qiáng)度等級(jí)：c20。2閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置（1）閘門尺寸的確定（圖1）。 1）閘門高度：考慮風(fēng)浪所產(chǎn)生的水位超高為m,故閘門高度h/3=1.80.2a=0.6c=2.5b=1.2b=1.2h=5.55.7 2）閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：;圖1 閘門主要尺寸圖 3）閘門計(jì)算跨度：（2）主梁的形式。主梁的形式應(yīng)根據(jù)水頭的大小和跨度的大小而定，本閘門屬于中等跨

2、度，為了方便制造和維護(hù)，決定采用實(shí)復(fù)式組合梁。（3）主梁的布置。根據(jù)閘門的高跨比，決定采用雙主梁。為使兩個(gè)主梁設(shè)計(jì)水位時(shí)所受的水壓力相等，兩個(gè)主梁的位置應(yīng)對(duì)稱于水壓力合理的作用線(圖1)并要求下懸臂和,上懸臂,今取主梁間距 則 （滿足要求）940023502223502350235020506502400600162010308507907605005700100i 橫向隔板iiiiiiivvvi邊梁膠木滑塊水平次梁主梁水平次梁主梁頂梁底梁 i（4）梁格的布置和形式。梁格采用復(fù)式布置和等高連接，水平次梁穿過(guò)橫隔板上的預(yù)留孔并被橫隔板所支撐。水平次梁為連續(xù)梁，其間距應(yīng)上疏下密，使面板各區(qū)格需要的

3、厚度大致相等，梁格布置具體尺寸如圖2所示。100 1550 910 760 720 640 430 100 70 140 70 70 1402700 2400 600橫隔板水平次梁主梁i-i圖2 梁格布置尺寸圖（5）連接系的布置和形式。1）橫向連接系，根據(jù)主梁的跨度，決定布置3道橫隔板，其間距為2.6m,橫隔板兼作豎直次梁。2）縱向連接系，設(shè)在兩個(gè)主梁下翼緣的豎平面內(nèi)，采用斜桿式桁架。（6）邊梁與行走支撐。邊梁采用單復(fù)式，行走支撐采用膠木滑道。3面板設(shè)計(jì) 根據(jù)鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范（sl74-95）及2006修訂送審稿，關(guān)于面板的計(jì)算，先估算面板厚度，在主梁截面選擇之后在驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎

4、曲的折算應(yīng)力。 （1）估算面板厚度。假定梁格布置尺寸如圖2所示。面部厚度按式計(jì)算當(dāng)時(shí)，則當(dāng)時(shí)，則現(xiàn)列表進(jìn)行計(jì)算。面板厚度的估算區(qū)格155023401.510.5700.0070.0636.6691023402.570.5000.0200.0996.1376023403.080.5000.0280.1186.28iv72023403.250.5000.0350.1326.68v64023403.660.5000.0420.1446.47vi43023405.440.7500.0470.1885.65注 1 面板邊長(zhǎng)a、b都從面板與梁格的連接焊縫算起，主梁上翼緣寬為140mm(詳見(jiàn)后面)。 2 區(qū)

5、格i、vi中系數(shù)由三邊固定一邊簡(jiǎn)支板查的。根據(jù)表計(jì)算，選用面板厚度=8mm。（2）面板與梁格的連接計(jì)算。面板局部撓曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫強(qiáng)度方向的橫向拉力p按式計(jì)算，已知面板厚度8mm，并且近似的取板中最大彎應(yīng)力，則面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的剪力為計(jì)算面板與主梁連接的焊縫厚度為面板與梁格連接焊縫取其最小厚度4水平次梁、頂梁和底梁的設(shè)計(jì)（1）荷載與內(nèi)力計(jì)算。水平次梁和頂、底梁都是支撐在橫隔板上的連續(xù)梁，作用在它們上面的水平壓力可按式計(jì)算列表計(jì)算后得水平次梁、頂梁和底梁均布荷載的計(jì)算梁號(hào)梁軸線處水壓強(qiáng)度梁間距備注1（頂梁）頂梁荷載按下圖計(jì)算0.15m 1.47mr1 1.72m r214.4

6、kn/m21.62m1.62214.41.32519.091.033（上主梁）24.50.94023.030.85432.80.82026.920.79540.60.77531.440.766（下主梁）48.00.63030.250.507（底梁）52.90.33317.61根據(jù)表計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取32.0，水平次梁為四跨連續(xù)梁，跨度為2.6.水平次梁彎曲時(shí)的邊跨中彎矩為支座b處的彎矩為a b c d ea b c d eq=32.0kn/m圖3 水平次梁計(jì)算簡(jiǎn)圖和彎矩圖（2）截面選擇考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選18a由附錄6附表查的：；。面板參加次梁工作有效寬度分別按式，或計(jì)

7、算，其中；然后取其中較小值。（對(duì)跨間正彎矩段）（對(duì)支座負(fù)彎矩段）按5號(hào)梁計(jì)算，設(shè)梁間距。確定有效寬度系數(shù)時(shí)，需要知道梁彎矩零點(diǎn)之間的距離與梁間距的比值。對(duì)于第一跨中正彎矩段取。對(duì)于支座負(fù)彎矩取。根據(jù)查表，得31 149598548圖4面板參加水平次梁工作后的組合截面對(duì)于，得0.78，則對(duì)于，得0.353，則對(duì)第一跨中選用，則水平次梁組合截面面積為組合截面形心到槽鋼中心線的距離為跨中組合截面的慣性矩及截面模量為對(duì)支座選用，則組合截面面積為組合截面形心到槽鋼中心線的距離為支座處組合截面的慣性矩及截面模量為（3）水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算。由支座b處彎矩最大，而截面模量最小，故只需驗(yàn)算支座b處截面的抗彎強(qiáng)度

8、，即說(shuō)明水平次梁選用滿足要求。軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不比驗(yàn)算。側(cè)止水 主梁 i 面板橫向薄板邊梁膠木滑道i0.2m（4）水平次梁的撓度驗(yàn)算。受均布荷載的等跨連續(xù)梁，最大撓度發(fā)生在邊跨，由于水平次梁在b支座處截面的彎矩已經(jīng)求得，則邊跨撓度可近似地計(jì)算為圖5平面鋼閘門的主梁位置和計(jì)算簡(jiǎn)圖故水平次梁選用滿足強(qiáng)度和剛度要求。（5）頂梁和底梁。頂梁所受的荷載較小，但考慮水面漂浮物的撞擊等影響，必須加強(qiáng)頂梁的剛度，所以采用。5主梁設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)資料。1）主梁跨度：凈跨（孔口寬度），計(jì)算跨度，荷載跨度；0.2m 2.5m 1.2m 1.2m 0.6mh=5.5m橫隔板主梁水平次梁h/3=1.8m下主梁作

9、用力441knq圖6平面鋼閘門i-i截面2）主梁荷載：;3）橫向隔板間距:4)主梁容許撓度(2)主梁設(shè)計(jì)。主梁設(shè)計(jì)包括：截面選擇；梁高改變；翼緣焊縫；腹板局部穩(wěn)定驗(yàn)算；面部局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力驗(yàn)算。1）截面選則。彎矩與剪力。彎矩與剪力的計(jì)算如下 需要的截面模量。已知q235鋼的容許應(yīng)力= ，考慮鋼閘門自重引起的附加應(yīng)力作用，取容許應(yīng)力= ,需要的截面模量為w= 腹板高度選擇。按剛度要求的最小高粱（變截面梁）為87.1經(jīng)濟(jì)高粱 =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小，但不小于?，F(xiàn)選用腹板高度腹板厚度選擇。按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：=11=0.86cm ，選用1.0

10、cm 。翼緣截面選擇。每個(gè)翼緣需要截面為下翼緣選用2.0cm （符合鋼板規(guī)格）需要48/2=24,選用38cm（在之間）。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，選用,14cm面板兼作主梁上翼緣的有效寬度取為b=上翼緣截面積為b=62010xx90045549320208948圖7主梁跨中截面圖彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。主梁跨中截面的幾何特性見(jiàn)表。截面形心矩為截面慣性矩=截面模量：上翼緣頂邊 下翼緣底邊 彎應(yīng)力 ,安全表6.5 主梁跨中截面的幾何特性部位截面尺寸截面面積a各形心離面板表面距離各形心離中和軸距離面板部分49.60.419.8-50.1124300上翼緣板28.01

11、.850.3-48.766200腹板9047.843022.3476下翼緣68.094.86446.453.3193200合計(jì)235.610818.5384176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，按設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。又因梁高度大于按剛度要求的最小梁高，故梁的撓度也不必驗(yàn)算。b=620y1=300540588102）截面改變。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梁高開(kāi)始改變圖8主梁支承端截面圖的位置取在鄰近支承端的橫向隔板下翼緣的外側(cè)，離開(kāi)支承端的距離為 。邊梁 i橫隔板 ii面板5409002350235

12、02600圖9主梁變截面位置圖剪切強(qiáng)度驗(yàn)算：考慮到主梁端部的腹板及翼緣都分別同支承邊梁的腹板及翼緣相焊接，故可按工字形截面來(lái)驗(yàn)算剪應(yīng)力強(qiáng)度。主梁支承端截面的幾何性質(zhì)見(jiàn)下表。 主梁支承端部截面的幾何特性部分截面尺寸面板部分49.60.419.8-30.646443上翼緣板28.01.850.3-29.223874腹板5429.81609-1.277下翼緣68.063.8433832.873157合計(jì)199.66017.1143551截面形心距截面慣性矩156673截面下半部分對(duì)中和軸的面積矩剪應(yīng)力 安全3）翼緣焊縫。翼緣焊縫厚度（焊腳尺寸）接受力最大的支承端截面計(jì)算。最大剪應(yīng)力，截面慣性矩 。上

13、翼緣對(duì)中和軸的面積矩 49.6*30.6+28*29.22335下翼緣對(duì)中和軸的面積矩 68*232.72220>需要 cm角焊縫最小厚度 6.7mm全梁的上下翼緣焊縫都采用8mm 。4）腹板的加勁肋和局部穩(wěn)定驗(yàn)算。加勁肋的布置：因?yàn)?gt;80 ，故需設(shè)置橫向加勁肋，以保證腹板的局部穩(wěn)定性。因閘門上已布置橫向隔板可兼作橫向加勁肋，其間距a=cm 。腹板區(qū)格劃分如圖所示。梁高與彎矩都較大的區(qū)格可按驗(yàn)算：區(qū)格左邊及右邊截面的剪力分別為 ；區(qū)格截面的平均剪應(yīng)力為區(qū)格左邊及右邊截面上的彎矩分別為 區(qū)格的平均彎矩為 區(qū)格的平均彎應(yīng)力為計(jì)算=160計(jì)算，由于區(qū)格長(zhǎng)短邊之比為，則則=將以上數(shù)據(jù)代入公

14、式有 (這里無(wú)局部壓應(yīng)力)。滿足局部要求，故在橫板之間（區(qū)格）不必增設(shè)橫向加勁助。再?gòu)募袅ψ畲蟮膮^(qū)格來(lái)考慮：該區(qū)格的腹板平均高度，因不必驗(yàn)算，故在梁高減小的區(qū)格內(nèi)也不必另設(shè)橫向加勁助。5）面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力的驗(yàn)算。從上述的面板計(jì)算可見(jiàn)，直接與主梁相鄰的面板區(qū)格，只有區(qū)格iv所需要的板厚較大，這意味著該區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)應(yīng)力也較大，所以取區(qū)格iv按式驗(yàn)算其長(zhǎng)邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力。面板區(qū)格iv在長(zhǎng)邊中點(diǎn)的局部彎曲應(yīng)力為對(duì)應(yīng)于面板區(qū)格iv在長(zhǎng)邊中點(diǎn)的主梁彎矩和彎應(yīng)力為面板區(qū)格iv的長(zhǎng)邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力為278622222130082008圖10橫隔板截面圖上式中 和的取值均以拉應(yīng)力為正號(hào)，壓

15、應(yīng)力為負(fù)號(hào)。故面板厚度選用 8 mm，滿足強(qiáng)度要求。6橫隔板設(shè)計(jì) （1）荷載和內(nèi)力計(jì)算。橫隔板同時(shí)兼作豎直次梁，它主要承受水平次梁，頂梁和底梁傳來(lái)的集中荷載以及面板傳來(lái)的荷載，計(jì)算時(shí)可把這些荷載用以三角形分布的水壓力來(lái)代替，并且吧橫隔板作為支撐在主梁上的雙懸臂梁。則每片橫隔板在上懸臂的最大負(fù)彎矩為（2）橫隔板截面選擇和強(qiáng)度計(jì)算。其腹板選用與主梁腹板同高，采用900mm8mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm8mm的扁鋼。上翼緣可利用面板的寬度按確定，其中b=2350mm，按，從表6.1查得有效寬度系數(shù)，則b=0.512350=1198mm，取b=1200mm。計(jì)算如圖6.53所示的截面幾何

16、特性。截面形心到腹板中心線的距離為截面慣距為截面模量為驗(yàn)算彎應(yīng)力為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6mm 。7縱向連接系設(shè)計(jì)（1）荷載和內(nèi)力計(jì)算?？v向連接系承受閘門自重。露頂式平面鋼閘門門葉自重g按附錄10中式（附10.1）計(jì)算下游縱向連接系承受 縱向連接系視作簡(jiǎn)支的平面桁架腹板布置如圖所示，其結(jié)點(diǎn)荷載為桿件內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖6.54所示。（2）斜桿截面計(jì)算。斜桿承受最大拉力，同時(shí)考慮到閘門扭曲時(shí)可能承受壓力，故長(zhǎng)細(xì)比的限制值應(yīng)與壓桿相同，即。選用單角鋼1008，由附表6.4查得截面面積回轉(zhuǎn)半徑斜桿計(jì)算長(zhǎng)度3.448kn 6.89kn 16.89kn 6

17、.89kn 3.448kn240013.8kn圖11縱向連接系計(jì)算圖長(zhǎng)細(xì)比 驗(yàn)算拉桿強(qiáng)度為考慮單角鋼受力偏心的影響，將容許應(yīng)力降低15%進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。（3）斜桿與結(jié)點(diǎn)板的連接計(jì)算（略）。8邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用單腹式，邊梁的截面尺寸按構(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，為了便于安裝壓合膠木滑塊，下翼緣寬度不宜小于300mm。邊梁是閘門重要受力構(gòu)件，由于受力情況復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)時(shí)可容許應(yīng)力值降低20%作為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。（1）荷載和內(nèi)力計(jì)算。在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)兩個(gè)膠木滑塊。其布置尺寸見(jiàn)圖6.56.1）水平荷載。主要是主梁傳來(lái)的水平荷載，還有水平次梁

18、和頂，底梁傳來(lái)的水平荷載。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁。每個(gè)主梁作用于邊梁的荷載為。2）豎向荷載。有閘門自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，啟吊力等。上滑塊所受的壓力300105401414上主梁作用力333.45knr1r20.65m 2.4m(a)下主梁作用力333.45kn圖12邊梁截面圖 圖13邊梁計(jì)算圖94kn(b)下滑快所受的壓力最大彎矩最大剪力最大軸向力作用在一個(gè)邊梁上的啟吊力，估計(jì)為200kn（詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)后面）。在最大彎矩作用截面上的軸向力，等于啟吊力減去上滑塊的摩阻力，該軸向力（2）邊梁的強(qiáng)度驗(yàn)算。截面面積面積矩截面慣性矩截面模量截面邊緣最大應(yīng)力驗(yàn)算腹板最大剪力驗(yàn)算腹板與下翼緣連接處折算應(yīng)力驗(yàn)算以上驗(yàn)算均滿足強(qiáng)度要求。9行走支撐設(shè)計(jì)膠木滑塊計(jì)算：滑塊位置如圖所示，下滑快受力最大，其值為。設(shè)滑塊長(zhǎng)度為350，則滑塊單位長(zhǎng)度的承壓力為根據(jù)上述值由表查的軌頂弧面半徑，軌頭設(shè)計(jì)寬度為。膠木滑道與軌頂弧面的接觸應(yīng)力按式進(jìn)行驗(yàn)算選定膠木高30，寬120，長(zhǎng)350。10膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)（1）確定軌道底板寬度。軌道底板寬度按混凝土承壓強(qiáng)度決定。根據(jù)c20混凝土由附表9.2查得混凝土的容許承壓應(yīng)力為,則所需的軌道底板寬度為75 35