2022年水工钢结构平面钢闸门设计计算书.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 水工钢结构 平面钢闸门设计运算书一、设计资料及有关规定：1. 闸门形式：潜孔式平面钢闸门；2. 孔的性质：深孔形式；3. 材料：钢材： Q235 焊条： E43；手工电焊；一般方法检查；止水：侧止水用 P 型橡皮,底止水用条型橡皮；行走支承：采纳胶木滑道,压合胶布用 MCS2；砼强度等级： C20；启闭机械：卷扬式启闭机；二、闸门结构的形式及布置（一）闸门尺寸的确定图 1 示1. 闸门孔口尺寸：孔口净跨 L ：3.50m；孔口净高： 3.50m；闸门高度 H ：3.66m；闸门宽度： 4.20m；荷载跨度 H1 ：3.66m；运算跨度 L1 ：

2、3.90m；学号为 1 学号为 2 ,学号为 3 ,学号为 4 ,学号为 5 ,m,L1=3.9m L=3.55mL=3.6mL=3.65mL=3.7mL1=3.95m L1=m L1=m L1=m 55m 学号为 6 ,学号为 7 ,学号为 8 学号为 9 学号为 0 ,L=mL=3.8m5m,5m ,L=3.95mL1=4.15m L1=4.2m L1=m 2. 运算水头： 50.00m；（二）主梁的布置名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 主梁是闸门的主要受力构件, 其数目主要取决于闸门的尺寸； 由于闸门跨度 L

3、=3.50m, 闸门高度 h=3.66m,L3 时, a=1.55, 就 t=a0 9.kp160a kp.155现列表 1 运算如下：区格amm bmm b/a 表 1 k PN/mm 2 kptmm 405 965 345 965 345 965 依据上表运算,选用面板厚度 t=14mm ；已知面板厚度 t=14mm ,并且近似地取板中最大弯应力 max= =160N/mm 2, 就 14 160=156.8.2N/mm , 面板与主梁连接焊缝方向单位长度内地应力：TVS = 2I 0790103100014272398N/mm ,23776770000面板与主梁连接的焊缝厚度：hfP2T

4、2/0.7w398/07.1135mm,；t面板与梁格连接焊缝厚度取起最小厚度h f6 mm四、水平次梁,顶梁和底梁地设计水平次梁和顶,底梁都时支承在横隔板上地连续梁,作用在它们上面的水压力可按下式运算,即q=pa上2a 下现列表 2 运算如下：表 2 梁号梁轴线处水压力强梁间距 ma上2a 下q=pa上2a下度 P kN/mm 2mkN/m 1 顶梁 2主梁3水平次梁4主梁名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5水平次梁6主梁7水平次梁8主梁9底梁490 kN/m 依据上表运算,水平次梁运算荷载取 水平次梁弯曲时的边

5、跨弯距为 : M216.53kN/m,水平次梁为 4 跨连续梁,跨度为 0.90m,次中 2 2.m 支座 B 处的负弯距：M次 B 2 2.m 6W= M 22 . 0248 10 137655 mm 3 160考虑利用面板作为次梁截面的一部分,初选18b, 由附录三表四查得：A=2929mm 2 ; W x=152200mm 3 ; I x=13699000mm 4 ; b1=70mm ; d=9mm ；面板参与次梁工作的有效宽度分别按式611 及式 612 运算,然后取其中较小值；式： 611 Bb1+60t=70+60 14=910mm ; l0l= 975=780mm 式： 612

6、B=1b 对跨间正弯距段 B=2b 对支座负弯距段；梁间距 b=b 12b 29002900900m m；对于第一跨中正弯距段对于支座负弯距段l 0l 975390mm ；依据 l 0/b 查表 61：名师归纳总结 对于 l 0/b 780/900 0.867 得10.40 ,得 B=1 900360mm , 第 4 页,共 12 页对于 l 0/b 390/900 0.430 得20.16 ,得 B=2 900144mm , - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 对第一跨中选用 B360mm,就水平次梁组合截面面积例图 4: A=2929+360 14=

7、6961mm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e= 360 14 98 =65mm ; 8689跨中组合截面的惯性距及截面模量为：I 次中13699000+2929 65 2+360 14 35 24 29662171mmWmin= 33130025203165 . 6 mm 2155对支座段选用 B144mm,就组合截面面积：A=2929+144 14=4592mm 2 ; 组合截面形心到槽钢中心线得距离：e=118.81498=35mm B处截面4592.2支座初组合截面的惯性距及截面模量为：I次 B13699000+2929 43 2+144 14 35 2mmWmin=2368

8、03658.189442.9 mm2125由于支座 B 处例图 3处弯距最大,而截面模量较小,故只需验算支座 的抗弯强度,即次22.0248106116.24N/mm2160N/mm2,1894429.说明水平次梁选用 18b 满意要求；轧成梁的剪应力一般很小,可不必验算；受均布荷载的等跨连续梁,最大挠度发生在便跨,由于水平次梁在 B 支座处截面的弯距已经求得 M次 B=.m,就边跨挠度可近似地按下式运算：w5ql3M次Bl106975l384EI次16 EI次38452 .216. 535975 31622. 02480610296621712. 0610529662171w10 .004l

9、250故水平次梁选用 18b 满意强度和刚度要求；五、主梁设计 一 设计资料 O_O1主梁跨度：净跨孔口净宽 l0 3.5m ；运算跨度 l 3.9m ；荷载跨度 l1 3.66m ；名师归纳总结 2主梁荷载：qP 总9.850509.846.3446.34/4431 .9kN3 横向隔板间距：第 5 页,共 12 页422- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 0.975m ；4主梁容许挠度： W=L/750 ；二主梁设计（1） 弯距和剪力 弯距与剪力运算如下：弯距：M max 431 . 9 3 . 66 3 . 9 3 . 66 818 kN m2 2

10、 4剪力：V max ql 1 431 9. 3 . 66 790 kN2 2需要的截面抗击距 已知 A3 钢的容许应力 =160N/mm2 ,考虑钢闸门自重引起附加应力的影响,取容许应力 = 0 . 9 160 144 N / mm 2 , 就需要的截面抗击矩为； W= M max 818 10 65681 cm 3； 1443腹板高度挑选 按刚度要求的最小梁高变截面梁为：经济梁高：hec .3 1 W 2 / 53 1. 5681 . 833 2 / 598 . 43 cm；3h min 0 . 208 fl 0 . 16 2155 3 9. 10 42 5. cm ,E w / l 2

11、. 06 10 1 / 750由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加,故主梁高度宜选得比 hec为小,但不小于 hmin；现选用腹板厚度 h090cm ；4 腹板厚度挑选t wh/1190/110 . 86 cm ,选用 tw1.0cm ；5 翼缘截面挑选：每个翼缘需要截面为A 1 W t w h 0 5681 . 833 1 90 58 cm 2,h 0 6 90 6下翼缘选用 t 12.0cm符合钢板规格,需要 b 1 A 1 58 29 cm , 取 B130cm,上翼缘t 1 2的部分截面积可利用面板,故只需设置较小的翼缘板同面板相连,选用 t12.0cm,b116cm,面板兼作

12、主梁上翼缘的有效高度为 Bb1+60t 16+60 1.4 100cm ；上翼缘截面面积 A1=18 2.0+100 1.4=172cm 2 ；6 弯应力强度验算名师归纳总结 截面形心距：yAy9926.831.82cm ,4,第 6 页,共 12 页A312截面惯性距：Itwh3Ay210.903335010377677cm01212截面抗击距：上翼缘顶边W maxI377677311869 . 17 cm,y 131 . 82- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 下翼缘底边W minI3776776568 cm 3,y 257 . 5弯应力：Mmax8

13、1810012 . 45 kN/cm 2.0 91614 4. kN/cm 2,安全2 AyW min6568部位表 3 Ay各 型心离 中和截面尺寸截面面积各型心离面cm cmAcm 2 板外表距离cm 3轴距离cm 4 面板部分y cmy=y-y 1cm 103578 100980 上翼缘163906 20808 腹板9019220 下翼缘305064 191405 合计312 335011 7因主梁上翼缘直接同面板相连,可不必验算整体稳固性,因梁高大于按高度要求 的最小梁高,故梁的挠度也不必验算；2. 截面转变名师归纳总结 因主梁跨度较大,为减小门槽宽度与支承边梁高度节省钢材,有必要将主

14、梁承端腹第 7 页,共 12 页板高度减小为s h 00 . 6 h 054 cm；考虑到主梁端部腹板及翼缘相焊接,故可按工字截面梁验算应力剪力强度；尺寸表4 所示：表 4 截面尺寸截面面积各型心离面Ay各 型心离 中和2 Ay部位cm cmAcm 2 板外表距离cm 3轴距离cm 4 y cmy=y-y 1cm 面板部分100980 103578 上翼缘1620808 腹板5419220 下翼缘30191405 合计286 335011 I0154313122cm4y 1871030. 45cm12286S62.558.9560.21.660.26584cm3,2VmaxS790658410

15、 kN/2 cm9 5. kN/cm2,因误差未超过 10,安全I0tw131221 0.翼缘焊缝厚度 hf 按受力最大的支承端截面运算；Vmax790kN；I0=13122cm 4,上翼缘对中和轴的面积距：S1 25.5+140 27.2=4624cm 3,下翼缘对中和轴的面积距：S2=60 56.5 3390cm 3S1, 需要hf.1VS 1f1 4.79046240 . 511 cm ,4 I01312211 . 3w- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 角焊缝最小,hf1 . 5t1 5.206 7.mm；全梁的上下翼缘焊缝都采纳 hf8mm ；

16、因 h 0 80 80 , 不需设置横向加劲肋；闸门上已布置横向隔板可兼作横加劲肋,其间距wt .1 0a0.975m ；腹板区格划分见图 2；验算其长边点的折算应力20 . 5 0 . 0098 49 . 915 300 2my 2 110 N / mm ,16a=450-80-90=280mm, mxVmy.0311033N/2 mm,面板区格的长边中点的主梁弯距和弯应力Mx431 . 93 . 66.0 9753431 9.2.09753.015 2784 kNm ,22220M78410658N/mm,W13537103该区格长边中点的折算应力zh2mx0x2mymx0x8.N/mm2

17、1.65160264N/mm2my1102335821103358100故面板厚度选用 14mm满意强度要求；六、横隔板设计如下图水平次梁为 4 跨均布连续梁,R 可看作它所受的最大剪力,由标准表查知：作用于竖直次梁上由水平荷载传递的集中荷载：R.0607.0536 q次nl241 kN;1. 143216. 530 . 975取 qq 次M1ql21Rl01216.50848腹板选用与主梁腹板同名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 高,采纳 800 10mm,上翼缘利用面板,下翼缘采纳200mm 800mm的扁钢,上

18、翼缘可利用面板的宽度公式按式B 1b 确定；l0b900/975.0 923 ,查表得10.369 ,975=360mm,取 B360mm ；运算如以下图所示截面几何特性截面型心到腹板中心线距离：8003e36010405200840561mm截面惯性距：436010200880010I108001061282004652103603442122840104mm12WminI2619190mm3,469验算应力：M76 . 1510629N/2 mm,hfW min2619190由于横隔板截面高度较大,剪切强度更不必验算,横隔板翼缘焊缝采纳最小焊缝厚度6mm ；七、边梁设计 边梁的截面形式采纳

19、单腹式,如以下图,边梁的截面尺寸按构造要求确定,即截面高度与主梁端部高度 相同,腹板厚度与主梁腹板厚度相同, 为了便于安 装压合胶木滑块, 下翼缘 宽度不宜小于 300mm ；边梁是闸门的重要受力 构件,由于受力情形复杂,故在设计时将容许应 力值降低 20作为考虑 受扭影响的安全储备；1. 荷载和内力运算在闸 门每侧边梁上各设 4个胶木滑块,其布置如以下 图：1水平荷载主要是主梁传来的水平荷载, 仍有水平次梁和顶, 底梁传来的水平荷载, 为了简化起见,可假定这些荷载由主梁传给边梁,每个边梁作用于边梁荷载为 R790kN （2） 竖向荷载 有闸门自重,滑道摩阻力,止水摩阻力,起吊力等；上滑块所受

20、压力：R 12790 kN,下滑块所受压力：名师归纳总结 R 2max27901580 kN,m ,V max790 kN, 第 9 页,共 12 页M790.0 9711 kN- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 最大阻力为作用于一个边梁上的起吊力,估量为N650R 1f65015800 . 12460 . 4 kN , 650kN,有 N650kN进行强度验算,截面面积A22400208001628800 mm 2,WI8029206mm3；41040016S max204002004560000 mm 3,I168003400204102337226

21、6667mm4,12420截面边缘最大应力验算：maxNMmax460.4103711106111 N/mm208. 0 .8157126N/mm2AW80292066428253腹板最大剪应力验算：VmaxS maz790103456000068 N/2 mm.080 8.7576N/2 mm,ItwI16腹板与下翼缘连接处就算应力验算：2hNMmax y460 . 410371110640084 . 4 N/2 mm,128N/mm2；AWy288008029206420VmaxS 17901034002041048N/2 mm,08.160Itw16 I2119N/mm20 .82328

22、44.2348均满意强度要求 八、行走支承设计胶木滑块运算：下滑块受力最大,起值为/R1580kN,设滑块长度为350mm,就滑块单位长度承担压力q15801034514Nmm ,由表 2 查得轨顶弧面半径R=200mm,轨头设350计宽度为 b40mm,胶木滑块与规定弧面的接触应力验算：max104q1044514494N/2 mmj500 N/2 mm；R200九、胶木滑块轨道设计 1. 确定轨道底板宽度名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 轨道底板宽度按砼承压强度确定,查表得：砼答应承压应力为 轨道底板宽度为：

23、得 100N/mm2 , 7N/mm2 ,就所需B nq2257322 mm .n7取 Bh350mm,故轨道底面压应力：h22576.4N/mm2350轨道底板厚度 按其弯曲强度确定,轨道底版的最大弯应力：3nc2Ct2轨道底板悬臂长度102.5mm,对于 A3 查表故：t3nc2364.1025.244.9mm,故 t 50mm ；100十、闸门启闭力和吊座验算1. 启门力： T 启1.1G+1.2T 2d+T2s+Px 1K2K3AHs 2 , 可查知：系数 K1,K 2,K 3,均取为 1.0 ,G 50 kN ,名师归纳总结 滑道摩阻力：T dfp0 . 124431 9.3 . 6

24、6760 kN ,第 11 页,共 12 页止水摩阻力：T s2fbhp2.0 650 . 063 . 66411 3.117 4.kN .因橡皮止水与钢板间摩擦系数f 0.65 , 橡皮止水受压宽度取为b0.06m,每边侧止水受压长度H3.66m ,侧止水平均压强：P4431 .94 .3 .66411.3 kN/m2,3. 662下吸力 Px 底止水橡皮采纳 I110 16 型,其规格为宽 16mm,长 110mm,底止水沿门跨长3.9m,依据标准 SDJ1378,启门时闸门底缘平均下吸强度一般按20kN/m2运算,就下吸力：Px203 . 90 . 0161 . 248 kN故闸门启门力

25、：T启1 . 180 . 11 . 2760117 .4 1 . 2481142 kN .2. 闭门力：T 闭1 2.（T 2dT 2S.0 9 G.1 2760117 4. 9.080 1.980 . 79 kN,- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （1） 吊轴采纳 3 号钢,由第一章表19查 得 =65n/mm 2, 采 用 双 吊点,每边启吊力为：由Ad20 .785d2,有： dA527083 mm ,P1 .2T启12.1142685.2kN,22吊轴每边剪力：VP685.23426.kN,22需吊轴截面积：AV342 . 63 105270

26、mm 265取 d100mm,40 . 785.0785（2） 吊耳板强度验算按局部紧接承压条件,吊耳板需要厚度按下式运算,查表19 得 A3 得 cj=80N/mm, 45mm的轴承td P685 . 210386 mm ,固在边梁腹板上端部的两侧各焊一块为cj10080板；轴承板采纳圆形,其直径取为3d3 100300mm,名师归纳总结 吊耳孔壁拉应力运算：kR2Y208. K第 12 页,共 12 页2 RY2cjP685.210376.1 N/mm2,吊耳板直径 R=150mm,轴孔半径 Y=50mm,由表 19td90100查得： k=120N/mm 2,故孔壁拉应力：k761.150250295.1N/mm20 .812096N/mm2,满意要求；1502502- - - - - - -