水工钢结构课程设计平面刚闸门.doc

水工刚结构露顶式焊接平面钢闸门设计计算书

设计资料

闸门形式：溢洪道露顶式平面钢闸门；

孔口净宽：9.00m；

设计水头：5.50m；

结构材料：Q235钢；

焊条：E43；

止水橡皮：侧止水用P型橡皮；

行走支承：采用胶木滑道，压和胶木为MCS-2；

混凝土强度等级：C20；

闸门结构的形式及布置

〔1〕闸门尺寸确实定〔图1〕

1〕(m)；

2〕闸门的荷载跨度为两侧止水的间距：；

图1

图2

3〕闸门计算跨度：(m)。

〔2〕主梁的形式。主梁的形式应根据水头和跨度大小而定，本闸门属于中等跨度，为了方便制造和维护，决定采用实腹式组合梁。

〔3〕主梁的布置。根据闸门的高跨比，决定采用双主梁。为使两个主梁设计水位时所受的水压力相等，两个主梁的位置应对称于水压合力的作用线y=H/3=1.8m。

〔图2〕并要求下悬臂、上悬臂，今取

a=0.7≈(m)

主梁间距2b=2(—a)×—0.66)≈(m)

那么c=H-2b-a=5.5-2.2-0.7=2.4(m)≈0.45H(满足要求)

〔4〕梁格的布置和形式。梁格采用复式布置和高等连接，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要的厚度大致相等，梁格的布置具体尺寸见图3。

图3

〔5〕连接系的布置和形式。

1〕横向连接系，根据主梁的跨度，决定布置3道横隔板，其间距为2.35m，横隔板兼做竖直次梁。

2〕纵向连接系，设在两个主梁下翼缘的竖平面内，采用斜杆式桁架。

〔6〕边梁与行走支承。

边梁采用单复试，行走支承采用胶木滑道。

面板设计

根据《钢闸门设计标准》〔SL74-95〕及2006修订送审稿，关于面板的设计，先估算面板厚度，在主梁截面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。

〔1〕面板厚度。假定梁格布置尺寸如图3所示，面板厚度按式

当b/a3时，a=1.5,那么

当b/a3时，a=1.4,那么

现列表1进行计算。表1

根据表1计算，选用面板厚度t=8mm。

〔2〕〕计算，面板厚度t=8mm，并且近似地取板中最大弯应力=160N/,那么：

面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力为：

由式计算：

面板与梁格连接焊缝取其最小厚度。

水平次梁、顶梁和底梁的设计

〔1〕荷载与内力计算。水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面水平压力可按式

列表2计算后得：

表2

图4顶梁荷载按下列图计算：

图5

5m(图5)。

水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为：

支座B处的弯矩为：

〔2〕截面选择。

考虑利用面板作为次梁截面的一局部，初选[16b由附录6附表6.3查得：A=2515；；；b=65mm；d=8.5mm。

面板参加次梁工作有效宽度分别按式及式，计算，对于钢Q235，c取30t，然后取其中较小值。

图6

按5号梁计算，设梁间距。确定式和中面板的有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离与梁间距b比值。对于第一跨中正弯矩段取：

对于支座负弯矩段取：

根据查表6.1，得：

对于，得，那么〔mm〕；

对于，得，那么〔mm〕；

对于第一跨中选用B=500mm，那么水平次梁组合截面面积〔图6〕为：

组合截面型心到槽钢中心线的距离为：

跨中组合截面的惯性距及截面模量为：

对支座段选用B=270mm，那么组合截面面积为：

组合截面型心到槽钢中心线的距离为：

支座处组合截面的惯性矩及截面模量为：

〔3〕水平次梁的强度验算。由支座B〔图5〕处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，即：

说明水平次梁选用[16b满足要求。

扎成梁的剪应力一般很小，可不必验算。

〔4〕水平次梁的挠度验算。受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处截面的弯矩已经求得，那么边跨挠度可近似地计算：

故水平次梁的选用[16b满足强度和刚度要求。

〔5〕顶梁和底梁。顶梁所受的荷载较小，但考虑水面漂浮物的撞击等影响，必须加强顶梁的刚度，所以也采用[16b。

底梁也采用[16b。

主梁设计

〔1〕设计资料。

1〕主梁跨度〔图7〕：净跨〔孔口宽度〕，计算跨度L=9.4m，荷载跨度；

图7

2〕主梁荷载：q=74.1kN/m；

3〕横向隔板间距：2.35m；

4〕主梁容许挠度[v]=L/600。

〔2〕主梁设计。主梁设计包括：①截面选择；②梁高改变；③翼缘焊缝；④腹板局部稳定验算；⑤面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。

1〕截面选择。

①弯矩与剪力。弯矩与剪力计算如下

②需要的截面模量。对Q235钢的容许应力