水工鋼結構課程設計

水工鋼結構課程設計某節(jié)制閘工作閘門的設計姓名: 學院：專業(yè)班級:學號：組號：指導教師:設計日期：2015年1月5日—2015年1月9日華北電力大學〔北京〕可再生能源學院目錄TOC\o"1-3”\h\z\u_Toc408529865”一、課程設計任務與要求3HYPERLINK\l”_Toc408529866"二、設計資料3_Toc408529870"3。主梁的布置4_Toc408529872”5.連接系的布置和形式41.估算面板厚度5HYPERLINK\l”_Toc408529876"2.面板與梁格的連接計算6五、水平次梁，頂梁和底梁的設計6HYPERLINK\l”_Toc408529878”1.荷載與內(nèi)力驗算72。截面選擇8HYPERLINK\l”_Toc408529880"3.水平次梁的強度驗算9HYPERLINK\l”_Toc408529881”4。水平次梁的撓度驗算10HYPERLINK\l”_Toc408529882"5。頂梁和底梁10_Toc408529885”2。主梁設計10〔1)截面選擇10_Toc408529891"七、橫隔板設計16HYPERLINK\l”_Toc408529892"1.荷載和內(nèi)力計算16HYPERLINK\l”_Toc408529893"2。橫隔板和截面選擇和強度驗算17HYPERLINK\l”_Toc408529894”八、縱向連接系設計18_Toc408529897"九、邊梁設計19HYPERLINK\l”_Toc408529898"1.荷載和內(nèi)力計算19HYPERLINK\l”_Toc408529899”2。邊梁強度驗算20十、行走支承設計21HYPERLINK\l”_Toc408529901”十一、膠木滑塊軌道設計211.確定軌道底板寬度21十二、閘門啟閉力和吊座驗算22HYPERLINK\l”_Toc408529905"1.啟門力222。閉門力23HYPERLINK\l”_Toc408529907"3.吊軸和吊耳板驗算23HYPERLINK\l”_Toc408529908”十三、參考文獻24課程設計任務與要求《鋼結構》課程設計的任務為某節(jié)制閘工作閘門的設計.要求根據(jù)鋼閘門設計標準與要求，設計出合理、可行的平面定輪鋼閘門。設計資料某供水工程，工程等級為1等1級，其某段渠道上設有節(jié)制閘.節(jié)制閘工作閘門操作要求為動水啟閉，采用平面定輪鋼閘門。本閘門結構設計按SL74—95《水利水電工程鋼閘門設計標準》進行。根本資料如下：孔口尺寸:寬為,高為；底檻高程：;正常高水位：；設計水頭：;門葉結構材料：Q235A.閘門結構形式及布置閘門尺寸確實定閘門高度：〔安裝頂止水構造要求取〕閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距：閘門計算跨度：圖SEQ圖\*ARABIC1閘門尺寸圖(m〕主梁的數(shù)目及形式主梁是閘門的主要受力構件,其數(shù)目主要取決于閘門的尺寸。因為閘門跨度，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，決定采用實腹式組合梁。主梁的布置本閘門為潛孔式閘門，按公式計算,〔其中,為水面至門頂止水的距離)經(jīng)計算：設計時按最下面的那根受力最大的主梁來設計，各主梁采用相同的截面尺寸.梁格的布置及形式梁格采用復式布置與等高連接，水平次梁穿過橫隔板所支承.水平梁為連續(xù)梁，間距應上疏下密，使面板各區(qū)格需要的厚度大致相等。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.縱向連接系,設在兩個主梁下翼的豎平面內(nèi)，采用斜桿式桁架。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SEQ圖\*ARABIC2閘門尺寸布置圖〔mm)面板設計根據(jù)《鋼閘門設計標準SDJ—78(試行〕》關于面板的設計，先估算面板厚度，在主梁截面選擇以后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力。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當時，，那么當時，，那么現(xiàn)列計算表計算如下：表SEQ表\＊ARABIC1面板厚度的估算區(qū)格181017900。9890。3280.049880。12790915。74135517901.3210。4550.066740。17426016.06129517901.3820.4610.080750.19294016.99107517901。6650。4840.093390.21260515。5484517902.1180。5000。103830.22784913.0976017902.3550。7180。112550。28427314。69注：1。面板邊長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Ⅰ-Ⅵ中系數(shù)由三邊固定一邊簡支板查得。根據(jù)上表計算，選用面板厚度。面板與梁格的連接計算面板局部撓曲時產(chǎn)生的垂直于焊縫長度方向的橫拉力表達式按式計算，面板厚度，并且近似地取板中最大彎應力那么面板與梁格連接焊縫厚度的計算見后文。水平次梁，頂梁和底梁的設計荷載與內(nèi)力驗算水平次梁和頂，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按下式計算，即表SEQ表\＊ARABIC2水平次梁、頂梁和底梁均布荷載的計算梁號梁軸線處水壓強度梁間距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頂梁荷載按以下圖計算：圖SEQ圖\＊ARABIC3頂梁荷載計算圖根據(jù)計算,水平次梁計算荷載取,水平次梁為4跨連續(xù)梁，跨度為，水平次梁彎曲時的邊跨彎距為：支座B處的負彎距：圖SEQ圖\*ARABIC4水平次梁計算簡圖和彎矩圖截面選擇考慮利用面板作為次梁截面的一局部，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算,然后取其中較小值。；〔對跨間正彎距段)〔對支座負彎距段〕按5號梁計算,設梁間距對于第一跨中正彎距段對于支座負彎距段根據(jù)查表：對于得，得，對于得,得,對第一跨中選用B＝564mm，那么水平次梁組合截面面積見以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SEQ圖\*ARABIC5面板參加水平次梁工作后的組合截面圖SEQ圖\*ARABIC5面板參加水平次梁工作后的組合截面〔mm〕組合截面形心到槽鋼中心線得距離：支座初組合截面的慣性距及截面模量為:水平次梁的強度驗算由于支座B處處彎距最大,而截面模量較小,故只需驗算支座B處截面的抗彎強度，即說明水平次梁選用滿足要求.軋成梁的剪應力一般很小，可不必驗算。水平次梁的撓度驗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=19.41kN?m，那么邊跨撓度可近似地按下式計算:故水平次梁選用滿足強度和剛度要求。頂梁和底梁為方便計算與訂購材料,頂梁和底梁也采用。主梁設計設計資料主梁跨度:凈跨(孔口凈寬)；計算跨度；荷載跨度。主梁荷載：橫向隔板間距:.主梁容許撓度:.主梁設計主梁的設計內(nèi)容包括：①截面選擇；②梁高改變;③翼緣焊縫;④腹板局部穩(wěn)定驗算;⑤面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力驗算。截面選擇彎距和剪力。彎距與剪力計算如下：彎距：剪力：需要的截面模量Q235A鋼的容許應力,考慮鋼閘門自重引起附加應力的影響，取容許應力那么需要的截面模量為：腹板高度選擇。按剛度要求的最小梁高〔變截面梁〕為：經(jīng)濟梁高：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。腹板厚度選擇選用。翼緣截面選擇：每個翼緣需要截面為下翼緣選用〔符合鋼板規(guī)格)，需要取，上翼緣的局部截面積可利用面板,故只需設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.彎應力強度驗算.主梁跨中梁面的幾何特性見下表表SEQ表\＊ARABIC3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外表距離各形心離中和軸距離面板局部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405.213989.22682716主梁跨中截面見以下圖截面形心距：截面慣性距：圖SEQ圖\＊ARABIC6主梁跨中截面圖SEQ圖\＊ARABIC6主梁跨中截面〔mm〕下翼緣底邊彎應力：(平安〕整體穩(wěn)定性與撓度驗算。因主梁上翼緣直接同面板相連，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，主梁跨中截面見以下圖。圖SEQ圖\*ARABIC7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。剪切強度驗算：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?？砂垂ぷ中徒孛鎭眚炈慵魬姸?，主梁支承端面的幾何特性見表4。表SEQ表\*ARABIC4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外表距離各形心離中和軸距離面板局部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365。27441。22251755截面形心距：截面慣性距:截面下半部對中和軸的面積矩:因誤差未超過10％，平安翼緣焊縫翼緣焊縫厚度按受力最大的支承端截面計算。,上翼緣對中和軸的面積距：下翼緣對中和軸的面積距：需要角焊縫最小厚度。全梁的上下翼緣焊縫都采用.腹板的加筋肋和局部穩(wěn)定性驗算因故需設置橫向加勁肋，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)格劃分見以下圖。圖SEQ圖\*ARABIC8主梁變截面位置圖〔mm)梁高與彎矩都較大的格局可按式驗算.區(qū)格Ⅱ左邊及右邊截面的剪力分別為區(qū)格Ⅱ截面的平均剪應力為區(qū)格Ⅱ左邊及右邊截面上的彎矩分別為區(qū)格Ⅱ的平均彎矩為區(qū)格Ⅱ的平均彎應力為計算，由于區(qū)格長短邊之長為，采用下式計算:將以上數(shù)據(jù)代入驗算式：(滿足局部要求)故在橫隔板之間區(qū)格不應增設橫加勁肋。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，不必驗算，故在梁高減小的區(qū)格Ⅰ內(nèi)也不必另設橫向勁肋。面板局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力的驗算從上述的面板計算可見，直接與主梁相鄰的面板區(qū)格，只有區(qū)格Ⅲ所需要的板厚較大，這就意味著該區(qū)格的長邊中點應力也較大，所以選擇區(qū)格Ⅲ按以下驗算其長邊的折算應力。對應于面板區(qū)格Ⅲ的長邊中點的主梁彎距和彎應力：該區(qū)格長邊中點的折算應力故面板厚度選用17mm滿足強度要求.橫隔板設計荷載和內(nèi)力計算如圖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,由標準表查知：作用于豎直次梁上由水平荷載傳遞的集中荷載：取橫隔板和截面選擇和強度驗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。橫隔板截面如以下圖所示圖SEQ圖\＊ARABIC9橫隔板截面(mm〕截面幾何特性截面型心到腹板中心線距離：截面慣性距：，驗算應力：由于橫隔板截面高度較大,剪切強度更不必驗算，橫隔板翼緣焊縫采用最小焊縫厚度。縱向連接系設計荷載和內(nèi)力計算縱向聯(lián)結系承受閘門自重，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)結系按承受計算?？v向聯(lián)結系按支承邊梁上的簡支平面桁架設，其腹桿布置形式如以下圖所示,節(jié)點荷載為圖SEQ圖\*ARABIC10縱向連接系計算圖〔mm〕斜桿截面計算斜桿承受最大拉力同時考慮閘門偶然扭曲時可能承受壓力，故其長細比的限值取與壓桿相同即選用單角鋼，由附錄三表2查得斜桿的計算長度長細比0.85為考慮單角鋼受力偏心影響的容許應力折減系數(shù)。邊梁設計邊梁的截面形式采用單腹式，見下左圖，邊梁的截面尺寸按構造要求確定,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件,由于受力情況復雜，故在設計時將容許應力值降低20%作為考慮受扭影響的平安儲藏。圖SEQ圖\＊ARABIC圖SEQ圖\＊ARABIC11邊梁截面〔mm〕圖SEQ圖\＊ARABIC12邊梁計算圖荷載和內(nèi)力計算在閘門每側(cè)邊梁上各設3個膠木滑塊,其布置見上右圖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，為了簡化起見，可假定這些荷載由主梁傳給邊梁，每個主梁作用于邊梁荷載為豎向荷載有閘門自重，滑道摩阻力,止水摩阻力,起吊力等。上滑塊所受壓力最大彎矩最大剪力最大阻力為作用于一個邊梁上的起吊力，估計為，用進行強度驗算邊梁強度驗算截面面積面積矩截面慣性矩截面模量截面邊緣最大應力驗算腹板最大剪應力驗算腹板與下翼緣連接處那么算應力驗算，但不超過，滿足強度要求.行走支承設計膠木滑塊計算：滑塊受力最大值為，設滑塊長度為，那么滑塊單位長度承受壓力根據(jù)上述，查表得軌頂弧面半徑，軌頭設計寬度為，膠木滑塊與規(guī)定弧面的接觸應力驗算。選定膠木高，寬,長。膠木滑塊軌道設計確定軌道底板寬度軌道底板寬度按砼承壓強度確定，查表得：砼允許承壓應力為，那么所需軌道底板寬度為取故軌道底面壓應力膠木滑塊支承軌道截面見以下圖圖SEQ圖\＊ARABIC13膠木滑塊支撐軌道截面確定軌道底版厚度軌道底板厚度δ按其彎曲強度確定,軌道底版的最大彎應力軌道底板懸臂長度,對于