潛孔式平面鋼閘門設(shè)計

設(shè)計資料1.閘門型式：潛孔式平面鋼閘門。2.孔口尺寸：10.0m×5.8m3.：▽27.5m4.：▽22.5m5.：▽20.0m胸墻底高程：▽25.8m啟閉方式：電動固定式啟閉機(jī)材料： 鋼材：Q235B鋼焊條：E43PZG45制造條件：金屬結(jié)構(gòu)制造廠制造，手工電焊，滿足Ⅲ級焊縫質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。(SL74-1995)二、閘門結(jié)構(gòu)的形式及布置閘門尺寸的確定閘門高度：考慮到安裝頂止水構(gòu)造要求，取ΔH=0.3m故閘門高度H=25.8-20.0+0.3=6.1m閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的距離L=10.0mq閘門計算跨度L=L+2d=10+2×0.2=10.4m0閘門總寬B=B=L+2d+L+b=10.0+2×0.2+0.4+0.2=11.0m0 aL---孔口尺寸0d---行走支承到閘墻邊緣的距離 (本次設(shè)計取0.2m)L---邊梁兩腹板中到中距離 (本次設(shè)計取0.4m)ab---邊梁一塊下翼緣的寬度主梁的型式主梁的型式根據(jù)水頭和跨度大小確定，本閘門屬中等跨度，為了便于制造和維護(hù)，決定采用實腹式組合梁。主梁布置根據(jù)閘門的高跨比(L≥1.2B)，決定采用雙主梁。為了使兩根主梁所受的水Py=2.5mcc≤0.45H=2.745要求(即α≥30°)，取c=1.92m，則主梁間距2b=2(H-y-c)=2×(6.1-2.5-1.92)=3.36mca=H-2b-c=6.1-3.36-1.92=0.82m梁格的布置及形式致相等，梁格布置的具體尺寸如圖所示聯(lián)結(jié)系的布置和形式32.6m，橫隔板兼做豎直次梁。25.邊梁與行走支承為了便于制造，邊梁采用雙腹式，行走支承采用滾輪。二、面板設(shè)計根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范（SL74-1995）估算面板厚度假定梁格布置尺寸如圖2所示。面板厚度按下式計算kpa[kpa[]kp1.5160b/a≤3kp1.5160kp1.4160表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akp(Mpa)kp1.4160表1區(qū)格a(mm)b(mm)b/akp(Mpa)t(mm)Ⅰ85025903.050.7410.0190.1186.72Ⅱ83025903.120.5000.0280.1186.56Ⅲ82025903.160.5000.0370.1367.47Ⅳ75025903.450.5000.0450.1507.54Ⅴ72025903.600.5000.0490.1577.57Ⅴ72025903.600.5000.0490.1577.57Ⅵ58025904.470.7500.0490.1927.46

=0.065akpkp=0.067akpkp根據(jù)上表計算，選用面板厚度t=8mm。面板與梁格的連接焊縫計算已知面板厚度t=8mm,并且近似地取板中最大彎應(yīng)力σmax=[σ]=160N/mm2,則N=0.07tσ=0.07×8×160=89.6N/mm,t max面板與主梁連接焊縫方向單位長度內(nèi)地應(yīng)力：T＝VS2I0

=5801036208373210N/mm,2256010689.6289.622102N2T2th /0.7w]N2T2t

/0.7[115]2.84mm，面板與梁格連接焊縫厚度取起最小厚度h6mm。f四、水平次梁，頂梁和底梁地設(shè)計荷載與內(nèi)力地驗算水平次梁和頂，底梁都時支承在橫隔板上地連續(xù)梁，作用在它們上面的水壓力可a a按下式計算，即： q=p上 下2現(xiàn)列表2計算如下：梁軸線處水壓力強(qiáng)度P梁軸線處水壓力強(qiáng)度P（kN/mm2）a a上2（m）下梁號梁間距（m）a aq=p上 2(kN/m)————1 頂梁------------0.942 水平次梁23.40.93521.880.933 上主梁32.50.92530.060.924 水平次梁41.60.87036.190.825 水平次梁49.60.80539.930.796 水平次梁57.30.81046.410.837 下主梁65.50.70.76550.118底梁72.9————--------根據(jù)上表計算，水平次梁計算荷載取46.41kN/m，水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為2.6m，水平次梁彎曲時的邊跨彎距為:

＝0.077ql2=0.077×46.41×次中2.62=24.2kN?m支座B處的負(fù)彎距：M ＝0.107ql2=0.107×46.41×2.62=33.57kN?m次B截面選擇W=M33.57106209812.5mm3] 160考慮利用面板作為次梁截面的一部分，初選［20b,由附錄三表四查得：A=3280mm2; W=191000mm3; I=19140000mm4; b=75mm; d=9.0mmx x l面板參加次梁工作的有效寬度分別按式8—15及式8—16計算，然后取其中較小值。式：8—15 B≤b+60t=75+60×8=555mm;l式：8—16 B=ζb (對跨間正彎距段)1B=ζb （對支座負(fù)彎距段）2a6b=

a 790830下= =810。對于第一跨中正彎距段2 2l=0.8l=0.82600=2080mm;對于支座負(fù)彎距段0l=0.4l＝0.4×2600＝1040mm。0l/b8—1：0對于l/b＝2080/810＝2.568 得ζ＝0.79，得0 1B=ζb＝0.79×810＝640mm,1對于l/b＝1040/810＝1.284 得ζ＝0.37，得0 2B=ζb＝0.37×810＝298mm,2對第一跨中選用B＝555m,則水平次梁組合截面面積:A=3280+555×8=7720mm2;組合截面形心到槽鋼中心線得距離：e=5558104=60mm;7720跨中組合截面的慣性距及截面模量為：I ＝19140000+3280×602+555×8×442次中＝3.954×107mm43.954×107W= 247100mm3min

160對支座段選用B＝298mm，則組合截面面積：A=3280+298×8=5664mm2;組合截面形心到槽鋼中心線得距離e=2988104=44mm5664支座初組合截面的慣性距及截面模量為：I ＝19140000+3280×442+298×8×602＝34072480mm4次B34072480W= 236614mm3min

144水平次梁的強(qiáng)度驗算BB彎強(qiáng)度，即o＝3.357107

142N/mm2[]160N/mm2,次 236614說明水平次梁選用[20b滿足要求。軋成梁的剪應(yīng)力一般很小，可不必驗算。水平次梁的撓度驗算BMB=22.82kNm,則邊跨撓度可近似地按下式計算：w0.632ql3l 100EI次

0.63246.41260031002.061053.954107w 1＝6.33×10-4≤[ ] 0.004l 250故水平次梁選用[20b滿足強(qiáng)度和剛度要求頂梁和底梁頂梁和底梁也采用和中間次梁相同的截面，故也選用[20b。五、主梁設(shè)計(一)設(shè)計資料01）主梁跨度：凈跨（孔口凈寬）l＝10.0m；計算跨度l＝10.4m；0l荷載跨度 ＝10.0m。lq主梁荷載：qP＝232/2116kN/m2橫向隔板間距：2.6m[ω]=l/750（二）主梁設(shè)計1.截面選擇彎距和剪力 彎距與剪力計算如下：彎距：M

11610.0

10.4 10.0 ( ) maxql

2 2 411610.0剪力：V max

1 580kN2 2Q235B[σ]=160N/mm20.9[σ]=160144N/mm2,的截面抵抗矩為；W=M

max

1566103 。] 144腹板高度選擇按剛度要求的最小梁高（變截面梁）0.9L 0.960.231441.04103hmin

0.960.23 120.4cm,E[w/l] 2.061051/750hec

3.1W2/53.1(10875)2/5128cm。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hhh＝125cmec腹板厚度選擇

min 0tw h/11125/11tw＝1.2cmW th 10875 1.2125A w0 62cm2,1 h 6 125 60下翼緣選用t＝2.0cm1A 62b 1 取b＝32cm,上翼1 t 2 11t＝2.0cm，b＝14cm。1 1面板兼作主梁上翼緣的有效高度B＝b+60t＝14+600.8＝62cm。1下主梁與相鄰兩水平次梁的平均間距較小，其值為ab=

a 8370下= =76.5cm2 2由L/b=1040/76.5=13.598-1ζ=1.0，則1B= ζb=76.51.0=76.5cm1故面板可以利用的有效寬度為62cm，則主梁上翼緣總面積為A=142.0+1620.8=77.6cm2。(6)彎應(yīng)力強(qiáng)度驗算截面形心距：Ay1Ay i1Ai

620.80.4142.01.81251.265.3322.0128.8620.8142.01251.2322.0

62.1cm,截面慣性距：30Itwh30

1.21253Ay2 620.861.72142.060.321251.23.22322.066.7212 ii 12=772210cm4截面抵抗距：上翼緣頂邊W max

I77221012435cm3,y 62.11下翼緣底邊W

I 772210 11406cm min y2

67.7彎應(yīng)力：

M 1.566109max /cm20.9150135kN/cm2但在3%W 1.1406107min以內(nèi)，安全滿足要求。（7）整體穩(wěn)定與撓度驗算。因主梁上翼(GB50017-2003)規(guī)定可不必驗算整體穩(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算。截面改變支承邊梁高度（節(jié)約鋼材梁承端腹板高度減小為hd0.6h75cm?？紤]到主梁端部腹板0 0力剪力強(qiáng)度。截面形心距：Ay1Ay i1Ai

620.80.4142.01.8751.240.3322.078.8620.8142.0751.2322.0

37.7cm,截面慣性距：30Itwh30

1.2753Ay2 620.837.32142.035.92751.22.62322.041.1212 12=256000cm4截面下半部對中和軸的面積矩S=322.041.1+40.11.240.1/2=3595cm3則VVIt

S 5803595 67.9kN/cm2[]95kN/cm2,256000120w安全滿足要求。翼緣焊縫h

＝580kNI=256000cm4，f max 0上翼緣對中和軸的面積距：S=620.837.3+142.035.9=2855cm3，1下翼緣對中和軸的面積距：S=322.041.1＝2630cm3<S2 11需要h VS1

5802855 4mm,f 1.4If] 1.425601150 w角焊縫最小，h1.5t1.5206.7mm。fh＝8mm。f腹板的加勁肋和局部穩(wěn)定驗算0因h125104﹥80故需設(shè)置橫向加勁肋，以保證腹板的局部穩(wěn)定性。因0t 1.2w閘門上已布置橫向隔板可兼作橫加勁肋，其間距a＝2600mm。腹板區(qū)格劃分見圖。梁高都較大的區(qū)格，按下式計算 Vh0w區(qū)格Ⅱ左邊截面的剪力

2該截面的彎矩

V=580-116(5-2.6)=302kNM=5802.6-1162

=1173.9kN·m腹板邊緣的彎曲正應(yīng)力MyIx

1.17391095930 90N/mm27.7221109 h 2 125 2 0 90 985-9

100tw

1001.2ζ=0.981a/b=260/125=2.08，5-10‘692 100t2=‘ w

0.6921001.220.6382 2 h0所以

125 V 3.02105/mm2

=0.6380.981160=100N/mm2h 125012 20w故在區(qū)段Ⅱ的隔板之間不必再增設(shè)加勁肋。再從剪力最大的區(qū)格Ⅰ來考慮：該區(qū)格的腹板平均高度為h=0.5(125+75)=100cm0235fw因h0/tw=235fw需要驗算。區(qū)格Ⅰ左邊截面的剪力V=580kN

=80該截面的彎矩

M=1162.42=334.1kN·m2腹板邊緣的彎曲正應(yīng)力MyIx

3.3411083490 46N/mm22.56109 h 2 75 2 0

46 185-9

100twζ=1.0

1001.2a/b=260/75=3.47，5-10‘627 100t2=‘ w

0.6271001.221.6052 2 h0所以

75 V 5.810564.4N/mm2

=1.6051.0160=256.8N/mm2h 75012 20w故在區(qū)段Ⅰ的隔板之間不必再增設(shè)加勁肋。六、面板參加主(梁)工作的折算應(yīng)力驗算直接與主梁相鄰的面板區(qū)格,只有區(qū)格Ⅵ所需板厚較大，取面板區(qū)格Ⅵ驗算其長邊點的折算應(yīng)力面板區(qū)格Ⅵ在長邊中點的局部彎曲應(yīng)力為0.50.0497202 198N/mm2,my 82 mx

0.319859.4N/mm2,面板區(qū)格Ⅵ的長邊中點的主梁彎距和彎應(yīng)力10.0 1163.72M116 3.9 1468.0kN2 2M 1.468109 118.1N/mm2,0x W 1.2435107該區(qū)格長邊中點的折算應(yīng)力 2zh

(mx

)2 0x my

)0x＝1982(58.7)2198(58.7)233.0N/mm21.1[]1.11.4160246.4N/mm2故面板厚度選用8mm滿足強(qiáng)度要求。七、橫隔板設(shè)計荷載和內(nèi)力計算臂的最大負(fù)彎矩為：M15.682.61.721.72(32.515.68)2.61.7211.7281.9kNm2 2 3橫隔板和截面選擇和強(qiáng)度驗算橫隔板的腹板選用與主梁腹板相近，采用1270×10mm，上翼緣利用面板，下翼緣采用200mm×10mm的扁鋼，上翼緣可利用面板的寬度公式按式B＝ζ2b確定。l/b21920/26001.477,查表得ζ02=0.41，B=0.41×2600=1066mm，取B＝1000mm。如圖計算如下圖所示截面幾何特性截面型心到腹板中心線距離：e1000863920010640＝169mm1000812701020010截面慣性距：1012703I 1270104662100081732102008092126.01326109mm4驗算應(yīng)力：

W min

Iymax

6.01326109 7.387106mm3814 M 81.9 /mm2[]160N/mm2Wmin

7.387106hf＝6mm。八、縱向聯(lián)結(jié)系設(shè)計縱向聯(lián)結(jié)系承受閘門自重，潛孔式平面滾輪閘門的自重G按附錄五估算，即G=0.073KKKA0.93H0.799.8(kN)123 s=0.073×1.0×1.1×1.0105.80.9350.799.8=122.5kN下游面縱向聯(lián)結(jié)系按承受0.4G=0.4×122.5=49kN計算。縱向聯(lián)結(jié)系按支承在邊梁上的簡支平面桁架設(shè)計，其腹板布置形式如圖所示。節(jié)點荷載為P=49/4=12.25kN，桿件內(nèi)力計算結(jié)果如圖所示。斜桿承受最大拉力N=23.7kN，同時考慮閘門偶然扭曲時可能承受壓力，故其長細(xì)比的限值取與壓桿相同，即[λ]=200。選用單角鋼∟100×6，由附表3-8查得A=11.9cm2，i=2.0cm斜桿計算長度長細(xì)比

y0l0.92.623.3620.52=3.85m0=λ=l/i=385/2.0=192.5﹤[λ]=200拉桿強(qiáng)度驗算

0 y0σ=N/A=23230/1190=19.5N/mm2＜0.85[λ]=136N/mm2九、邊梁設(shè)計200mm。20％作為考慮受扭影響的安全儲備。荷載和內(nèi)力計算在閘門每側(cè)邊梁上各設(shè)2個滾輪，其布置如圖（1）水平荷載（1）豎向荷載有閘門自重，滑道摩阻力，止水摩阻力，起吊力等。上滾輪所受壓力：R5803.36518kN，1 3.76下滾輪所受壓力：R2

R518kN1M 5180.4207.2kNm,maxV ,max最大阻力為作用于一個邊梁上的起吊力，每邊起吊力N=1.2189.5113.7kN估2計為120kN，N120Rf12

1205180.1542.3kN,2.邊梁強(qiáng)度驗算A6002027501222002038000mm2截面形心矩yA

6002010275012395220020780e iiAS6002034412334

3800033425466672mm32

354mmI1275032/1227501041222002042626002034423740805000mm4Wmin

I/y

max

3740805000/4368579828mm3。截面邊緣最大應(yīng)力驗算： N

max

42.3103 207.2106 25.3N/mm2]0.8