水工鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、水工鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)水工鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)某節(jié)制閘工作閘門的設(shè)計(jì)姓 名： 學(xué) 院： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 組 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)日期： 2015年1月5日2015年1月9日 華北電力大學(xué)（北京）可再生能源學(xué)院目錄水工鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)0一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二、設(shè)計(jì)資料3三、閘門結(jié)構(gòu)形式及布置31.閘門尺寸的確定32.主梁的數(shù)目及形式43.主梁的布置44.梁格的布置及形式45.連接系的布置和形式46.邊梁與行走支撐5四、面板設(shè)計(jì)51.估算面板厚度52.面板與梁格的連接計(jì)算6五、水平次梁，頂梁和底梁的設(shè)計(jì)61.荷載與內(nèi)力驗(yàn)算72.截面選擇83.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算94.水平次梁的撓度驗(yàn)算105.頂梁和

2、底梁10六、主梁設(shè)計(jì)101.設(shè)計(jì)資料102.主梁設(shè)計(jì)10（1）截面選擇10（2）截面改變13（3）翼緣焊縫14（4）腹板的加筋肋和局部穩(wěn)定性驗(yàn)算14（5）面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力的驗(yàn)算16七、橫隔板設(shè)計(jì)161.荷載和內(nèi)力計(jì)算162.橫隔板和截面選擇和強(qiáng)度驗(yàn)算17八、縱向連接系設(shè)計(jì)181.荷載和內(nèi)力計(jì)算182.斜桿截面計(jì)算18九、邊梁設(shè)計(jì)191.荷載和內(nèi)力計(jì)算192.邊梁強(qiáng)度驗(yàn)算20十、行走支承設(shè)計(jì)21十一、膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)211.確定軌道底板寬度212.確定軌道底版厚度22十二、閘門啟閉力和吊座驗(yàn)算221.啟門力222.閉門力233.吊軸和吊耳板驗(yàn)算23十三、參考文獻(xiàn)24一、 課程

3、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)為某節(jié)制閘工作閘門的設(shè)計(jì)。2、 要求根據(jù)鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范與要求，設(shè)計(jì)出合理、可行的平面定輪鋼閘門。二、 設(shè)計(jì)資料某供水工程，工程等級(jí)為1等1級(jí)，其某段渠道上設(shè)有節(jié)制閘。節(jié)制閘工作閘門操作要求為動(dòng)水啟閉，采用平面定輪鋼閘門。本閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按SL74-95水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行。基本資料如下：孔口尺寸：寬為，高為；底檻高程：；正常高水位：；設(shè)計(jì)水頭：；門葉結(jié)構(gòu)材料：Q235A。三、 閘門結(jié)構(gòu)形式及布置1. 閘門尺寸的確定閘門高度：（安裝頂止水構(gòu)造要求?。╅l門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：閘門計(jì)算跨度：圖 1 閘門尺寸圖（m）2. 主梁的數(shù)目及形式主梁是閘

4、門的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門的尺寸。因?yàn)殚l門跨度，閘門高度，。所以閘門采用3根主梁。本閘門屬于中等跨度，為了便于制造和維護(hù)，決定采用實(shí)腹式組合梁。3. 主梁的布置本閘門為潛孔式閘門，按公式計(jì)算，（其中，為水面至門頂止水的距離）經(jīng)計(jì)算：設(shè)計(jì)時(shí)按最下面的那根受力最大的主梁來(lái)設(shè)計(jì)，各主梁采用相同的截面尺寸。4. 梁格的布置及形式梁格采用復(fù)式布置與等高連接，水平次梁穿過橫隔板所支承。水平梁為連續(xù)梁，間距應(yīng)上疏下密，使面板各區(qū)格需要的厚度大致相等。5. 連接系的布置和形式橫向連接系，根據(jù)主梁的跨度，決定布置3道隔板，其間距為，橫隔板兼作豎直次梁?？v向連接系，設(shè)在兩個(gè)主梁下翼的豎平面內(nèi)，采用斜桿

5、式桁架。6. 邊梁與行走支撐邊梁采用單腹式，行走支撐采用膠木滑道。圖 2 閘門尺寸布置圖（mm）四、 面板設(shè)計(jì)根據(jù)鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SDJ78（試行）關(guān)于面板的設(shè)計(jì)，先估算面板厚度，在主梁截面選擇以后再驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。1. 估算面板厚度假定梁格布置尺寸如圖2所示。面板厚度按下式計(jì)算當(dāng)時(shí)，則當(dāng)時(shí)，則現(xiàn)列計(jì)算表計(jì)算如下：表 1 面板厚度的估算區(qū)格I181017900.9890.3280.049880.12790915.74II135517901.3210.4550.066740.17426016.06III129517901.3820.4610.080750.1929401

6、6.99IV107517901.6650.4840.093390.21260515.54V84517902.1180.5000.103830.22784913.09VI76017902.3550.7180.112550.28427314.69注：1.面板邊長(zhǎng)都從面板與梁格的連接焊縫算起，主梁上翼緣寬度為;2.區(qū)格-中系數(shù)由三邊固定一邊簡(jiǎn)支板查得。根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度。2. 面板與梁格的連接計(jì)算面板局部撓曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫拉力表達(dá)式按式計(jì)算，已知面板厚度，并且近似地取板中最大彎應(yīng)力則面板與梁格連接焊縫厚度的計(jì)算見后文。五、 水平次梁，頂梁和底梁的設(shè)計(jì)1. 荷載與內(nèi)力驗(yàn)算水平次

7、梁和頂，底梁都時(shí)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(jì)算，即表 2 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1(頂梁）40.188.351.932（主梁）59.091.695100.161.463（水平次梁）73.401.430104.961.404（主梁）87.121.290112.381.185（水平次梁）98.691.065105.100.956（主梁）108.000.89096.120.839（底梁）116.130.51559.81頂梁荷載按下圖計(jì)算：圖 3 頂梁荷載計(jì)算圖根據(jù)計(jì)算，水平次梁計(jì)算荷載取，水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為，水平次梁彎曲時(shí)的

8、邊跨彎距為:支座B處的負(fù)彎距：圖 4 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,由附錄三表四查得：。面板參加次梁工作的有效寬度分別按下式計(jì)算，然后取其中較小值。;(對(duì)跨間正彎距段)(對(duì)支座負(fù)彎距段)按5號(hào)梁計(jì)算，設(shè)梁間距對(duì)于第一跨中正彎距段對(duì)于支座負(fù)彎距段根據(jù)查表：對(duì)于得，得,對(duì)于得，得,對(duì)第一跨中選用B564mm,則水平次梁組合截面面積見下圖面積為組合截面形心到槽鋼中心線得距離：跨中組合截面的慣性距及截面模量為：圖 Error! Main Document Only. 面板參加水平次梁工作后的組合截面（mm）對(duì)支座段選用，則組合截面面積：;組合截面形心到槽

9、鋼中心線得距離：支座初組合截面的慣性距及截面模量為：3. 水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座B處處彎距最大，而截面模量較小，故只需驗(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，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，可不必驗(yàn)算。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)生在便跨，由于水平次梁在B支座處截面的彎距已經(jīng)求得M次B=19.41kNm,則邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算：故水平次梁選用滿足強(qiáng)度和剛度要求。5. 頂梁和底梁為方便計(jì)算與訂購(gòu)材料，頂梁和底梁也采用。六、 主梁設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)資料（1） 主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）；計(jì)算跨度；荷載跨度。（2） 主梁荷載：（3） 橫向隔板間距：。（4）

10、 主梁容許撓度：。2. 主梁設(shè)計(jì)主梁的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：截面選擇；梁高改變；翼緣焊縫；腹板局部穩(wěn)定驗(yàn)算；面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力驗(yàn)算。（1） 截面選擇a) 彎距和剪力。彎距與剪力計(jì)算如下：彎距：剪力：b) 需要的截面模量已知Q235A鋼的容許應(yīng)力,考慮鋼閘門自重引起附加應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力則需要的截面模量為：c) 腹板高度選擇。按剛度要求的最小梁高（變截面梁）為：經(jīng)濟(jì)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為小，但不小于?，F(xiàn)選用腹板高度。（4） 腹板厚度選擇選用。e) 翼緣截面選擇：每個(gè)翼緣需要截面為下翼緣選用（符合鋼板規(guī)格），需要取,上翼緣的部分截面積

11、可利用面板，故只需設(shè)置較小的翼緣板同面板相連，選用面板兼作主梁上翼緣的有效高度為。上翼緣截面面積。f) 彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算.主梁跨中梁面的幾何特性見下表表 3 主梁跨中截面的幾何特性部位截面尺寸截面面積各形心離面板表面距離各形心離中和軸距離面板部分197.20.85167.62-33.65223294上翼緣板28.02.775.60-31.8028315腹板100.053.75370.0019.2036864下翼緣.080.0104.78376.0070.20394243合計(jì)405.213989.22682716主梁跨中截面見下圖截面形心距：截面慣性距： 圖 Error! Main Documen

12、t Only. 主梁跨中截面（mm）截面模量：上翼緣頂邊下翼緣底邊彎應(yīng)力：（安全）g) 整體穩(wěn)定性與撓度驗(yàn)算。因主梁上翼緣直接同面板相連，可不必驗(yàn)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(yàn)算。（2） 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。改變后，主梁跨中截面見下圖。圖 7 主梁支撐端截面（mm）梁高開始改變的位置取在臨近支承端的橫向隔板下翼緣的外側(cè)，離開支承端的距離為。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?？砂垂ぷ中徒孛鎭?lái)驗(yàn)算剪應(yīng)力強(qiáng)度，主梁支承端面的幾何特性見表4.表 4

13、主梁端部截面的幾何特性部位截面尺寸截面面積各形心離面板表面距離各形心離中和軸距離面板部分197.20.85167.62-19.5575370上翼緣板28.02.775.60-17.708772腹板60.033.72022.0013.3010613下翼緣80.064.75176.0044.30156999合計(jì)365.27441.22251755截面形心距：截面慣性距：截面下半部對(duì)中和軸的面積矩：因誤差未超過10，安全（3） 翼緣焊縫翼緣焊縫厚度按受力最大的支承端截面計(jì)算。，上翼緣對(duì)中和軸的面積距：下翼緣對(duì)中和軸的面積距：需要角焊縫最小厚度。全梁的上下翼緣焊縫都采用。（4） 腹板的加筋肋和局部穩(wěn)定

14、性驗(yàn)算因故需設(shè)置橫向加勁肋，以保證腹板局部穩(wěn)定性。因閘門上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，其間距。腹板區(qū)格劃分見下圖。圖 8 主梁變截面位置圖（mm）梁高與彎矩都較大的格局可按式驗(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，由于區(qū)格長(zhǎng)短邊之長(zhǎng)為，采用下式計(jì)算：將以上數(shù)據(jù)代入驗(yàn)算式：（滿足局部要求）故在橫隔板之間區(qū)格不應(yīng)增設(shè)橫加勁肋。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，不必驗(yàn)算，故在梁高減小的區(qū)格內(nèi)也不必另設(shè)橫向勁肋。（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，直接與主梁相鄰

15、的面板區(qū)格，只有區(qū)格所需要的板厚較大，這就意味著該區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)應(yīng)力也較大，所以選擇區(qū)格按下列驗(yàn)算其長(zhǎng)邊的折算應(yīng)力。對(duì)應(yīng)于面板區(qū)格的長(zhǎng)邊中點(diǎn)的主梁彎距和彎應(yīng)力：該區(qū)格長(zhǎng)邊中點(diǎn)的折算應(yīng)力故面板厚度選用17mm滿足強(qiáng)度要求。七、 橫隔板設(shè)計(jì)1. 荷載和內(nèi)力計(jì)算如圖3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2. 橫隔板和截面選擇和強(qiáng)度驗(yàn)算腹板選用與主梁腹板同高，采用，上翼緣利用面板，下翼緣采用的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式確定。查表得，取。橫隔板截面如下圖所示圖 9 橫隔板截面（mm）截面幾何特性截面型心到腹板中心線

16、距離：截面慣性距：，驗(yàn)算應(yīng)力：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。八、 縱向連接系設(shè)計(jì)1. 荷載和內(nèi)力計(jì)算縱向聯(lián)結(jié)系承受閘門自重，潛孔式平面滾輪閘門的自重可按附錄十一估算，即：下游面縱向聯(lián)結(jié)系按承受計(jì)算?？v向聯(lián)結(jié)系按支承邊梁上的簡(jiǎn)支平面桁架設(shè)，其腹桿布置形式如下圖所示，節(jié)點(diǎn)荷載為圖 10 縱向連接系計(jì)算圖（mm）2. 斜桿截面計(jì)算斜桿承受最大拉力同時(shí)考慮閘門偶然扭曲時(shí)可能承受壓力，故其長(zhǎng)細(xì)比的限值取與壓桿相同即選用單角鋼，由附錄三表2查得斜桿的計(jì)算長(zhǎng)度長(zhǎng)細(xì)比0.85為考慮單角鋼受力偏心影響的容許應(yīng)力折減系數(shù)。九、 邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用單腹式，見下左

17、圖，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。邊梁是閘門的重要受力構(gòu)件，由于受力情況復(fù)雜，故在設(shè)計(jì)時(shí)將容許應(yīng)力值降低20作為考慮受扭影響的安全儲(chǔ)備。圖 Error! Main Document Only. 邊梁截面（mm） 圖 12 邊梁計(jì)算圖1. 荷載和內(nèi)力計(jì)算在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)3個(gè)膠木滑塊，其布置見上右圖（1） 水平荷載主要是主梁傳來(lái)的水平荷載，還有水平次梁和頂，底梁傳來(lái)的水平荷載，為了簡(jiǎn)化起見，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁，每個(gè)主梁作用于邊梁荷載為（2） 豎向荷載有閘門自重，滑道摩阻力，止水摩阻

18、力，起吊力等。上滑塊所受壓力最大彎矩最大剪力最大阻力為作用于一個(gè)邊梁上的起吊力，估計(jì)為，用進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算2. 邊梁強(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)算腹板最大剪應(yīng)力驗(yàn)算腹板與下翼緣連接處則算應(yīng)力驗(yàn)算，但不超過，滿足強(qiáng)度要求。十、 行走支承設(shè)計(jì)膠木滑塊計(jì)算：滑塊受力最大值為，設(shè)滑塊長(zhǎng)度為，則滑塊單位長(zhǎng)度承受壓力根據(jù)上述，查表得軌頂弧面半徑，軌頭設(shè)計(jì)寬度為，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應(yīng)力驗(yàn)算。選定膠木高，寬，長(zhǎng)。十一、 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砼承壓強(qiáng)度確定，查表得：砼允許承壓應(yīng)力為，則所需軌道底板寬度為取故軌道底面壓應(yīng)力膠木滑塊支承軌道截面見下圖圖 13 膠木滑塊支撐軌道截面2. 確定軌道底版厚度軌道底板厚度按其彎曲強(qiáng)度確定，軌道底版的最大彎應(yīng)力軌道底板懸臂長(zhǎng)度，對(duì)于A3查表得故所需軌道底板厚度，故。十二、 閘門啟閉力和吊座驗(yàn)算1. 啟門力其中閘門自重滑道摩阻力止水摩阻力下吸力