潜孔式钢闸门课程设计计算书样本

水工钢闸门课程设计计算书设计资料(1)闸门型式：提高式平面钢闸门（潜孔式）(2)孔口尺寸（宽×高）：10.0×5.0m2(3)上游水位：▽27.5m(4)下游水位：无(5)闸底高程：▽20.0m(6)胸墙底高程：▽25.0m(7)启闭设备：电动固定式启闭机(8)闸门所用材料：门叶承重钢构造：Q235.B钢焊条：E43型行走支承：采用滚轮，材料为铸钢ZG45止水橡皮：顶止水，侧止水——P形橡皮；底止水——条形橡皮(9)制造条件：金属构造制造厂制造，手工电焊，满足Ⅲ级焊缝质量检查原则。(10)采用规范：《水利水电工程钢闸门设计规范SL74—95》二．闸门构造型式及布置(1)闸门尺寸拟定闸门总宽：L0——孔口宽度d——行走支承到闸墙边沿距离(0.2m)La——边梁两腹板中到孔中距离(0.4m)b——边梁下翼缘宽度(0.2m) 闸门高度：H=胸墙底高程-闸底高程+△H（安装顶止水构造规定取△H=0.3m）闸门荷载跨度为两侧止水间距：闸门计算跨度：(2)主梁数目型式及位置。主梁数目：采用双主梁主梁形式：单轴对称工字形截面焊接组合梁主梁位置：依照等荷载原则，两根主梁位置应对称于水压力合力作用线，且应满足：且且且（式中H取闸门止水压力作用高度，取孔口高度+100mm）计算yc简图如图3所示取yc=2.2m取，则：(3)梁格连接型式及布置梁格采用复式布置和齐平连接，水平次梁穿过横隔板上预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为持续梁，其间距应上疏下密，使面板各区格所需要厚度大体相等，梁格布置详细尺寸如图4所示：(4)联结系布置和形式横向联结系。依照主梁跨度，决定布置3道横隔板，其间距为2.5m，横隔板兼作竖直次梁。纵向联结系。采用斜杆式桁架，布置在2根主梁下翼缘竖平面内。(5)边梁与行走支承变量选用双腹板型式，行走支承采用滚轮式，且D=600mm，滚轮位置沿门高布置按等荷载原则，采用筒支定轮。三、版面设计依照《水利水电工程钢闸门设计规范SL74—95》关于版面计算，先估算面板厚度，在主（次）梁截面选取之后再验算面板局部弯曲与主梁整体弯曲折算应力。1.估算版面厚度。初步布置梁格尺寸如图4所示，面板厚度按下式计算当时，，则当时，，则现将计算成果列于下表：区格Ⅰ80025903.240.750.02440.1357.24Ⅱ78025903.320.50.03300.1296.72Ⅲ74025903.500.50.04150.1447.14Ⅳ68025903.810.50.04920.1577.15Ⅴ62025904.180.50.05630.1686.97Ⅵ57025904.540.50.06310.1786.78Ⅶ50025905.180.750.06950.2287.65注：1.t最后拟定。任意两个区格厚度之差满足；2.面板边长a，b都从面板与梁格连接焊缝算起；3.区格Ⅰ、Ⅶ系数按三边固定一边简支查得。依照表1计算成果，选用面板厚度。2.面板与梁格连接焊缝计算面板局部弯曲时产生垂直于焊缝长度方向横拉力Nt按下式计算已知，并且近似取板中最大弯应力，，则：面板与主梁连接焊缝方向单位长度内剪力为（主梁最大剪力及相应截面特性S及I见后）四．水平次梁、顶梁和底梁设计。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持续梁，作用在它们上水压力计算式为：q=p(a上a下)/2计算列于表2.梁号轴线水压PkPa梁间距(m)(a上+a下)/2q备注112.12顶梁荷载按下图计算0.87228.620.88525.330.9337.440.86532.390.83445.570.7936.000.75552.920.7238.100.69659.680.6941.180.69766.440.65543.520.62872.520.3626.110.10依照表2计算成果，水平次梁荷载取43.52kN/m，水平次梁为四跨持续梁，跨度为2.5m，如图5所示水平次梁跨中正弯矩为M次中=0.077ql²=20.94kN·m支座B处负弯矩为：MB次=0.107ql²=29.10kN·m2.截面选取考虑运用面板作为次梁截面一某些，初选[20a，查得：面板参加次梁翼缘工作有效宽度分别按式(8-15)及式(8-16)计算，然后取其中较小值。式(8-15)中式(8-16)中跨间正弯矩段对支座负弯矩段按7号梁计算，该梁平均间距b=655mm，对于等跨中正弯矩段，弯矩零点之间距离：对于支座负弯矩处，弯矩零点间距离：依照表8-1得：得，得，对第一跨中选用，则水平次梁组合截面面积为：组合截面形心到槽钢中心线距离：跨中截面惯性矩及截面模量为：I次中=17800000+2880*632+552*8*412=36654016mm4Wmin=I次中/ymax=224871mm3对支座选用，则组合截面形心到槽钢中心线距离支座处截面参数：I次B=17800000+2880*452+278*8*592=31373744mm4Wmin=I次B/ymax=216370mm33.水平次梁强度验算因支座B处弯矩最大，而截面模量较小，故只需验算支座B处截面抗弯强度，即：满足强度规定。轧成梁剪应力普通很小，故不再验算。4.水平次梁挠度验算水平次梁为受均布荷载四跨持续梁，最大挠度发生在边跨，可按式(8-14)计算。 满足刚度规定5.顶梁和底梁顶梁和底梁也采用和中间次梁相似截面，故也选[20a。五．主梁设计（一）已知条件(1)主梁跨度计算跨度荷载跨度(2)主梁荷载：(3)横隔板间距：2.5m主梁容许挠度：（二）主梁设计1.截面选取(1)主梁内力计算，计算式为：(2)需要截面抵抗矩，已知钢材Q235B容许应力，初估翼缘厚度为第一组钢材，考虑闸门自重引起附加应力影响，取容许应力为，则所需截面抵抗矩为：(3)腹板高度h0选取。为减小门槽宽度，主梁采用变梁高形式，则按刚度规定最小梁高为：经济两高为：选用(4)腹板厚度选取。由经验公式：，选用(5)翼缘截面选取。每个翼缘所需截面积为：下翼缘选用，则需要选用（在25~50cm之间）上翼缘某些面积可运用面板，故只需设立较小上翼缘板同面板相连，选用。面板兼作主梁上翼缘有效宽度B可按下列两者计算，然后取其较小值。下主梁与相邻两水平次梁平均间距较小，其值为由，查表8-1得，则故面板可运用有效宽度为62cm，则主梁上翼缘总面积为(6)弯应力强度验算：主跨中截面如图所示，截面形心矩为：截面惯性矩为：截面抵抗矩为：弯应力：满足规定(7)整体稳定与挠度验算，因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按《钢构造设计规范》（GB50017-）规定可不必验算其整体稳定性，又因梁高不不大于按刚度规定最小梁高，故梁挠度也不必验算。2.截面变化因主梁跨度较大，为节约钢材，同步为减小门槽宽度，决定减少主梁端部高度，如图所示，取主梁支承端腹板高度为：梁开始变化位置取在邻近支承端横向隔板下翼缘外侧，若隔板下翼缘宽取为200mm，则梁高变化位置离开支承距离为2500-200/2=2400mm剪切强度验算：若主梁端部腹板及翼缘都分别与支承边梁腹板及翼缘焊接，可按工字型截面来验算剪切应力强度。主梁支承端截面参数计算如下：截面形距：截面惯性矩：截面上半某些对中和轴面积矩：则3.翼缘焊缝翼缘焊缝厚度hf按受力最大支承端截面计算，最大剪力截面惯性矩上翼缘对中和轴面积矩：下翼缘对中和轴面积矩：需要角焊缝最小厚度则主梁上下翼缘焊缝全长均取。4.腹板加劲肋和局部稳定验算加劲肋布置：由于，故需要设立横向加劲肋，以保证腹板局部稳定性，因闸门上已布置横向隔板可兼作横向加劲肋，其间距a=2500mm。腹板区格划分如图所示，梁高较大区格按验算格区Ⅱ左边截面剪力：该截面弯矩：腹板边沿弯曲压应力：查表5-9得由查表5-10得因此故在区段Ⅱ横隔板之间不必再增设加劲肋。再从剪力最大区格Ⅰ来考虑：该区格腹板平均高度：因，需要设立横向加劲肋，现按式(5-59)进行验算区格Ⅰ左边截面剪力：该截面弯矩腹板边沿弯曲压应力查表5-9得由得有因此故在该区段Ⅰ之间也不必再设加劲肋。六、面板参加主（次）梁工作折算应力验算主（次）梁截面选定后，还需按式（8-4）验算面板局部弯曲与主（次）梁整体弯曲折算应力，由图6可知，因水平次梁截面很不对称，面板参加水平次梁翼缘整体弯曲应力次与其参加主梁翼缘工作整体弯曲应力重要小得多。故只需要验算面板参加主梁工作时折算应力。由前文面板计算可知，直接与主梁相应面板区格只有区格Ⅶ所需板厚较大，这就意味着该区格长边中点应力也较大，因此选用图4中区格Ⅶ按式8-4验算。面板区格Ⅶ在长边中点局部弯应力为：相应于面板区格Ⅶ长边中点主梁弯矩和弯应力为：面板区格Ⅶ长边中点折算应力为：故面板厚选用8mm，满足强度规定。七．横隔板设计横隔板同步兼作竖直次梁，重要承受水平次梁、顶梁和底梁传递集中荷载和面板传递分布荷载，计算时可把这些荷载以梯形分布水压力来代替（图11），横隔板按支承在主梁上双悬臂梁计算，则每道横隔板在悬臂最大弯矩为：横隔板腹板选用与主梁腹板相近，采用。上翼缘运用面板，下翼缘采用扁钢。上翼缘可以运用面板宽度按式计算。其中横隔板平均间距，按查表8-1得则，取验算，如图12所示，截面参数为：截面形心到腹板中心线距离：弯应力验算：由于横隔板截面高度较大，剪应力强度不必验算。横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度。八．纵向联结系设计纵向联结系承受闸门自重，潜孔式平面滚轮闸门自重可按附录五估算即：下游面纵向联结系按承受计算。纵向联结系按支承边梁上简支平面桁架设，其腹杆布置形式如图13所示，节点荷载为，杆件内力计算如图13所示。斜杆承受最大拉力N=29.93kN，同步考虑闸门偶尔扭曲时也许承受压力，故其长细比限值取与压杆相似即。选用单角钢∟100×6，由附表3-8查得斜杆计算长度长细比拉杆长度验算0.85为考虑单角钢受力偏心影响容许应力折减系数。九．边梁设计边梁截面形式采用双腹式（图14），边梁截面尺寸按构造规定拟定，截面高度与主梁端部高度相似，腹板厚度与主梁厚度相似。在闸门每侧两边梁中间各设两个滚轮，其布置尺寸如图15。边梁所承受水平荷载重要是主梁传来支座反力及水平次梁顶底梁传递水平荷载。为了简化计算，可假设这些荷载完全由主梁传给边梁。每根主梁作用于边梁集中荷载边梁所受竖向荷载涉及：闸门自重、支承摩擦阻力、止水摩擦力、起吊力等，如图15所示，可计算得滑块所受压力：边梁最大弯矩最大剪力最大轴向力为作用在一种边梁上起吊力，计算式如下：其中，闸门自重支承摩擦阻力式中滚轮半径，滚轴半径故止水摩阻力式