水利水电工程钢结构课程设计Y某小型钢闸门设计及小型拦污栅设计

课程设计说明书课 程 名 称 : 水利水电工程钢结构课程设计 课 程 代 码 : 8203281 题 目 : 某小型钢闸门设计 及小型拦污栅的设计 学 生 姓 名 : 学 号 : 年级/专业/班: 学院(直属系): 能 源 与 环 境 学 院 指 导 教 师 : 徐 良 芳 实验总成绩: 水利水电钢结构课程设计1水利水电钢闸门设计一、 设计资料：1、 露顶式平面钢闸门设计：闸门形式：露顶式平面钢闸门孔口尺寸（宽高）：7.5m8.0m上游水位：7.8m下游水位：0.1m闸底高程：0m启闭方式：电动固定式启闭机材料 钢结构：Q235-A.F；焊条：E43 型；行走支承：滚轮支承或胶木滑道止水橡皮：侧止水用 P型橡皮，底止水用条形橡皮制造条件 金属结构制造厂制造，手工电弧焊，满足级焊缝强度质量检验标准规范：水利水电工程钢结构闸门设计规范 SL 1974-20052、拦污栅设计： 拦污栅型式：固定式平面拦污栅尺寸（宽高）：7.5m8.0m水头：4m二、 闸门结构的型式及布置1闸门尺寸的确定：上游水面高度 7.8，考虑风浪因素闸门应高出 0.2m，故闸门高度 H=7.8+0.2=8m闸门净高：8.0m 闸门高度：8.0m闸门的荷载跨度为两侧止水之间的间距：L=7.5m闸门的计算跨度：L= L 0+2d = 7.5+20.2 = 7.9m 2主梁的形式:本闸门属于小跨度中水头闸门，所以主梁采用实腹式组合梁。3主梁的布置因为闸门跨度 L 小于闸门高度 H，所以采用主梁式。根据闸门的高跨比，决定采用 3 主梁。水面至门底的距离为 H，主梁个数为 3，设第 K 根主梁至水面的距离为 Yk则根据以下公式求得：露顶式闸门： 5.15.12nyk计算结果及分布如下图所示：水利水电钢结构课程设计21. 连接系的布置和形式（1）横线连接系，根据主梁的跨度，决定布置 3 道横隔板，其间距为中央三隔板间距2m，隔板与边梁间距 1.95m，横隔板兼做竖直次梁。（2）纵向连接系，设在 3 个主梁下翼缘的竖平面内，采用实腹式组合梁。水利水电钢结构课程设计36边梁与行走支承边梁采用单腹式，行走支撑采用胶木滑道。三、面板设计根据水利水电工程钢闸门设计规范 SL1974-2005 ，关于面板的计算，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估算面板厚度假定梁格布置尺寸如例图 2 所示。面板厚度计算按式： 9.0kpat当 时， 1.5，则3/abat 68.15.当 时， 1.4，则/ kpkpat 07.4.90现列例表 1 计算如下：例表 1 面板厚度的估算区格 a(mm) b(mm) a/kN/mm2 kpt(mm) 1365 2000 1.46 0.439 0.007 0.055 5.14 1295 2000 1.54 0.459 0.021 0.098 8.65 1245 2000 1.60 0.468 0.034 0.126 10.68 1035 2000 1.93 0.494 0.047 0.152 10.72 795 2000 2.51 0.500 0.0577 0.170 9.19 595 2000 3.36 0.500 0.066 0.182 7.62 630 2000 3.17 0.500 0.0739 0.192 8.53根据上表的计算，选用面板厚度 =11mmt2面板与梁格的连接计算已知面板厚度 t=11mm ,并且近似地取板中最大弯应力 ,则面板局2max/160mN部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力 P2max /.13607.0.tP面板与主梁连接焊缝方向单位长度内的剪力： )/(713525.2480 mNIVST面板与主梁连接的焊缝厚度：水利水电钢结构课程设计4)(26.3)17.0/(2.13)7.0/(2 mTPhwtf 面板与梁格连接焊缝厚度取其最小厚度： 。mhf8四、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计算，即 2下上 apq现列例表 2 计算如下：例表 2 水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算梁号 梁轴线处水压力强度 （kN/mm 2）p梁间距 （m） 2下上 a（m）2下上 apq(kN/m)1（顶梁）1.55 2.891.552（水平次梁）13.72 1.475 20.581.403（主梁）27.44 1.375 37.731354（水平次梁）40.67 1.25 50.831.155（主梁）53.90 1.025 55.250.906（水平次梁）60.76 0.80 48.610.707（主梁）68.60 0.75 51.450.808（底梁）75.95 0.40 30.38mkNq/72.9根据上表计算，水平次梁计算荷载取 55.25kN/m，水平次梁为 4 跨连续梁，跨度为2m1.95m(例图 3） ，水平次梁弯曲时的边跨弯距为: )(18.695.207.022 kNqlM 支座 B 处的负弯矩为水利水电钢结构课程设计52截面选择 )(140568.23mMW考虑利用面板作为次梁截面的一部分，初选18a,由附录三表 4 查得：； ； ； ； 。269.5mA3140mx417Ix b681d7面板参加次梁工作的有效宽度分别按式 711 及式 712 计算，然后取其中较小值。式：7-11 )(26081 mtbB式：7-12 (对跨间正弯距段)（对支座负弯距段）2按 5 号梁间距 对于第一跨中正弯距段mb10259151l0=0.8l=0.81950=1560mm ；对于支座负弯距段 l0=0.4l0.41950780mm 。根据 l0/b 查表 71：对于 l0/b1560/11501.36 得 10.529，得 B=1b0.5291150608mm ,对于 l0/b780/9000.87 得 20.348，得 B=2b0.348900313mm ,对第一跨中选用 B608mm,则水平次梁组合截面面积（例图 4）:q = 297.72KN/m水利水电钢结构课程设计6A=2569+60811=9257(mm2 ） ；组合截面形心到槽钢中心线得距离：；)(699257.1608me跨中组合截面的惯性距及截面模量为： 42 31.6951270I )(.5801943minW对支座段选用 B313mm，则组合截面面积：A=2569+31311=6012mm 2 ；组合截面形心到槽钢中心线得距离： )(7.4602.3me支座初组合截面的惯性距及截面模量为： 4273.61508.137.5429170 mIb )(40. 3minW3.水平次梁的强度验算由于支座 B 处（例图 3）处弯距最大，而截面模量较小，故只需验算支座 B 处截面的水利水电钢结构课程设计7抗弯强度，即 ,/160/1.29.1740682 22min mNmNWMB 说明水平次梁选用18a 满足要求。轧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，最大挠度发生在便跨，由于水平次梁在 B 支座处截面的弯距已经求得 ，则边跨挠度可近似地按下式计算：kNMB48.2 次次次 EIlIqllwB16353 2513406.1482530.84)( 0.5730lw故水平次梁选用18a 满足强度和刚度要求。五、主梁设计（一） 设计资料（1）主梁跨度(例图 5)：净跨（孔口净宽） ；计算跨度 ；荷载跨度mL5.70mL9.7；mL5.7（2）主梁荷载： ；kNPq /41.93/)2.0819.78192(32 （3）横向隔板间距： 2m；（4）主梁容许挠度： 。60/L（二）主梁设计1.截面选择（1）弯距和剪力。弯距与剪力计算如下：弯距： )(5.73)4.29(5.7419max mkNM剪力： 8.2qLV水利水电钢结构课程设计8（2）需要的截面抵抗距 已知 Q235A.F 钢的容许应力 ，考虑钢闸门自2/160mN重引起附加应力的影响，取容许应力 则需要的截面抵抗模量为:,/14609. 2)(5372140.7max cmMW(3）腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高（变截面梁）为： )(2.73)60/1(0.29.74396.0/23.096 52min cmLEh 经济梁高： )(.)57(1. /25/2 cmWec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)腹板厚度选择。按经验公式计算： ，选用)(86.01/9/chtw cmtw0.1(5)翼缘截面选择。每个翼缘需要截面为: ,7.495372201tWAw下翼缘选用 t12.0cm（符合钢板规格）需要 ，取 b130cm（在)(35.27.41cmtAb上翼缘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，b 114cm ，面板兼作主梁上翼缘的有效宽度为:Bb 1+6014+600.862cm 水利水电钢结构课程设计9上翼缘截面面积:A 1=142.0+621.1=96.2cm (6)弯应力强度验算。主梁跨中截面（例图 6）的几何特性见例表 3。截面形心距： ,9.402.6171 cmAy截面惯性距： ,3807514330 cmyhtIw 截面抵抗距：上翼缘顶边 ,9.4031maxIW下翼缘底边 ,712.53832i