水工鋼結(jié)構(gòu)潛孔式平面鋼閘門設(shè)計(jì)

潛孔式平面鋼閘門設(shè)計(jì)工程概況：閘門是用來關(guān)閉、開啟或者局部開啟水工建筑物中過水孔口的活動(dòng)結(jié)構(gòu)。其主要作用是控制水位、調(diào)節(jié)流量。閘門是水工建筑物的重要組成局部，它的平安與適用，在很大程度影響著整個(gè)水工建筑物的原行效果。設(shè)計(jì)目錄：1.水工剛結(jié)構(gòu)潛孔式焊接平面鋼閘門設(shè)計(jì)計(jì)算書。。。。。。。。1〔1〕設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1〔2〕閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1<1>閘門尺寸確實(shí)定。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1<2>主梁的布置。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1〔3〕面板設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2〔4〕水平次梁、頂梁和底梁地設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3〔5〕主梁設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6〔6〕橫隔板設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8〔7〕邊梁設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9〔8〕行走支承設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10〔9〕膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11〔10〕閘門啟閉力和吊座驗(yàn)算。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。112.水工剛結(jié)構(gòu)潛孔式焊接平面鋼閘門設(shè)計(jì)圖。。。。。。。。。?！哺綀D〕水工剛結(jié)構(gòu)潛孔式焊接平面鋼閘門設(shè)計(jì)計(jì)算書一、設(shè)計(jì)資料及有關(guān)規(guī)定：閘門形式：潛孔式焊接平面鋼閘門。

2.孔的性質(zhì)：深孔形式。3.材料：鋼材：Q235焊條：E43；手工電焊；普通方法檢查。止水：側(cè)止水用P型橡皮，底止水用條型橡皮。行走支承：采用膠木滑道，壓合膠布用MCS—2。砼強(qiáng)度等級(jí)：C20。啟閉機(jī)械：卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。4.標(biāo)準(zhǔn)：水利水電工程剛閘門設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〔SL74-95〕，中國水利水電出版社1998.8二、閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置閘門尺寸確實(shí)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。荷載跨度：3.66m。計(jì)算跨度：3.90m。2.計(jì)算水頭：50.00m。主梁的布置1.主梁的數(shù)目及形式主梁是閘門的主要受力構(gòu)件，其數(shù)目主要取決于閘門的尺寸。因?yàn)殚l門跨度L=3.50m,閘門高度h=3.66m,L<h。所以閘門采用4根主梁。本閘門屬中等跨度，為了便于制造和維護(hù)，決定采用實(shí)腹式組合梁。2.主梁的布置本閘門為高水頭的深孔閘門，孔口尺寸較小，門頂與門底的水壓強(qiáng)度差值相對(duì)較小。所以，主梁的位置按等間距來布置。設(shè)計(jì)時(shí)按最下面的那根受力最大的主梁來設(shè)計(jì)，各主梁采用相同的截面尺寸。3.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，使面板個(gè)區(qū)格需要的厚度大致相等，布置圖2示三、面板設(shè)計(jì)根據(jù)?鋼閘門設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)SDJ—78〔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t=a當(dāng)b/a≤3時(shí)，a=1.65,那么t=a=0.065當(dāng)b/a>3時(shí)，a=1.55,那么t=a=0.067現(xiàn)列表1計(jì)算如下：表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akP[N/mm2]t(mm)Ⅰ4059652.3830.7320.490.6013.795Ⅱ3459652.800.500.490.5011.2125Ⅲ3459652.800.740.490.6013.455根據(jù)上表計(jì)算，選用面板厚度t=14mm2.面板與梁格的連接計(jì)算面板厚度t=14mm,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力σmax=[σ]=160N/mm2p=0.07х14х160=156.8.2N/mm,面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)地應(yīng)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(shè)計(jì)1.荷載與內(nèi)力地驗(yàn)算水平次梁和頂，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q=p現(xiàn)列表2計(jì)算如下：表2梁號(hào)梁軸線處水壓力強(qiáng)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〕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〕4900.225110.25∑＝1727.61kN/m根據(jù)上表計(jì)算，水平次梁計(jì)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(shí)的邊跨彎距為:M次中＝0.077ql2=0.077х216.53х0.9752=15.85kN?m支座B處的負(fù)彎距：M次B＝0.107ql2=0.107х216.53х0.9752=22.0248kN?m2.截面選擇W=mm3考慮利用面板作為次梁截面的一局部，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別按式6—11及式6—12計(jì)算，然后取其中較小值。式：6—11B≤b1+60t=70+60Х14=910mm式：6—12B=ζ1b(對(duì)跨間正彎距段)B=ζ2b〔對(duì)支座負(fù)彎距段〕。梁間距b=。對(duì)于第一跨中正彎距段l0=0.8l=0.8Х975=780mm;對(duì)于支座負(fù)彎距段l0=0.4l＝0.4Х975＝390mm根據(jù)l0/b查表6—1：對(duì)于l0/b＝780/900＝0.867得ζ1＝0.40，得B=ζ1b＝0.40Х900＝360mm,對(duì)于l0/b＝390/900＝0.430得ζ2＝0.16，得B=ζ2b＝0.16Х900＝144mm,對(duì)第一跨中選用B＝360mm,那么水平次梁組合截面面積〔例圖4〕:A=2929+360Х14=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+2929Х652+360Х14Х352＝29662171mmWmin=對(duì)支座段選用B＝144mm，那么組合截面面積：A=2929+144Х14=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量為：I次B＝13699000+2929Х432+144Х14Х352＝23680365.8mmWmin=3.水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)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(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，即σ次＝說明水平次梁選用[18b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=22.0248kN?m,那么邊跨撓度可近似地按下式計(jì)算：＝＝0.0002≤故水平次梁選用[18b滿足強(qiáng)度和剛度要求。五、主梁設(shè)計(jì)(一)設(shè)計(jì)資料1〕主梁跨度：凈跨〔孔口凈寬〕l0＝3.5m；計(jì)算跨度l＝3.9m；荷載跨度l1＝3.66m2〕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(shè)計(jì)1.截面選擇彎距和剪力彎距與剪力計(jì)算如下：彎距：剪力：需要的截面抵抗距A3鋼的容許應(yīng)力[σ]=160N/mm2,考慮鋼閘門自重引起附加應(yīng)力的影響，取容許應(yīng)力[σ]=那么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(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hec為小，但不小于hmin?，F(xiàn)選用腹板厚度h0＝90cm(4)腹板厚度選擇選用tw＝1.0cm。(5)翼緣截面選擇：每個(gè)翼緣需要截面為下翼緣選用t1＝2.0cm〔符合鋼板規(guī)格〕，需要取B1＝30cm,上翼緣的局部截面積可利用面板，故只需設(shè)置較小的翼緣板同面板相連，選用t1＝2.0cm，b1＝16cm，面板兼作主梁上翼緣的有效高度為B＝b1+60t＝16+60Х1.4＝上翼緣截面面積A1=18Х2.0+100Х1.4=172cm2(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)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(yīng)力：平安表3部位截面尺寸〔cmХcm〕截面面積A(cm2)各型心離面板外表距離y′〔cm〕Ay′〔cm3〕各型心離中和軸距離y=y′-y1(cm)Ay2(cm4)面板局部100Х1.4140.00.7980-27.21103578上翼緣16Х2.032.02.476.8-25.520808腹板90Х1.090.043.4390615.519220下翼緣30Х2.060.084.4506456.5191405合計(jì)3129926.8335011〔7〕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。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?？紤]到主梁端部腹板及翼緣相焊接，故可按工字截面梁驗(yàn)算應(yīng)力剪力強(qiáng)度。尺寸表4所示：表4部位截面尺寸〔cmХcm〕截面面積A(cm2)各型心離面板外表距離y′〔cm〕Ay′〔cm3〕各型心離中和軸距離y=y′-y1(cm)Ay2(cm4)面板局部100Х1.4140.00.7980-27.21103578上翼緣16Х2.032.02.476.8-25.520808腹板54Х1.054.043.42343.615.519220下翼緣30Х2.060.050.643038.456.5191405合計(jì)2868710.8335011因誤差未超過10％，平安3.翼緣焊縫翼緣焊縫厚度hf按受力最大的支承端截面計(jì)算。Vmax＝790kN。I0=13122cm4上翼緣對(duì)中和軸的面積距：S1=32.0Х25.5+140Х27.2=4624cm3下翼緣對(duì)中和軸的面積距：S2=60Х56.5＝3390cm3<S需要角焊縫最小，。全梁的上下翼緣焊縫都采用hf＝8mm。4.加筋肋驗(yàn)算因不需設(shè)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a＝0.975m。腹板區(qū)格劃分見圖2。5.取面板區(qū)格Ⅲ驗(yàn)算其長(zhǎng)邊點(diǎn)的折算應(yīng)力a=450-80-90=280mm面板區(qū)格Ⅲ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14mm六、橫隔板設(shè)計(jì)1.荷載和內(nèi)力計(jì)算如下圖水平次梁為4跨均布連續(xù)梁，R可看作它所受的最大剪力，由標(biāo)準(zhǔn)表查知：作用于豎直次梁上由水平荷載傳遞的集中荷載：取q＝q次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800Х10mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mmХ800mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B＝ζ1b確定。查表得ζ1＝0.369，B=0.369×975=360mm，取B＝360mm。計(jì)算如下列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(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hf＝6mm。七、邊梁設(shè)計(jì)邊梁的截面形式采用單腹式，如下列圖，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300mm。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平安儲(chǔ)藏。1.荷載和內(nèi)力計(jì)算在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)4個(gè)膠木滑塊，其布置如下列圖：〔1〕水平荷載主要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(jiǎn)化起見，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁，每個(gè)邊梁作用于邊梁荷載為R＝790kN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(gè)邊梁上的起吊力，估計(jì)為650kN，有N＝650kN進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，,2.邊梁強(qiáng)度驗(yàn)算截面面積。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那么算應(yīng)力驗(yàn)算：，。均滿足強(qiáng)度要求八、行走支承設(shè)計(jì)膠木滑塊計(jì)算：下滑塊受力最大，起值為R＝1580kN，設(shè)滑塊長(zhǎng)度為350mm，那么滑塊單位長(zhǎng)度承受壓力由表2查得軌頂弧面半徑R=200mm，軌頭設(shè)計(jì)寬度為b＝40mm，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應(yīng)力驗(yàn)算：。九、膠木滑塊軌道設(shè)計(jì)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[σ]＝7N/mm2，那么所需軌道底板寬度為：取Bh＝350mm，故軌道底面壓應(yīng)力：2.確定軌道底版厚度軌道底板厚度δ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C＝102.5mm，對(duì)于A3查表得[σ]＝100N/mm2，故：